Умные нанотрубки в доставке лекарств

Нанотрубки - практически универсальная наносистема. Мы уже видели, как их используют в микро- и наноэлектронике, различных имплантах и протезах, нередко они выступают в роли сенсоров, а отдельные ученые даже собирают из них каркасы для будущих наномашин. Но до сих пор никому не приходило в голову использовать их в доставке лекарств. Обычно для этих целей используют наночастицы, так как они могут легко проникать через поры в клеточных мембранах и капиллярах.

Правда, это не обычные, уже знакомые нам углеродные нанотрубки, а один из компонентов живых клеток. Это протеиновые нанотрубки-филаменты, входящие в состав более крупных микротрубок, которые клетка использует для транспортировки веществ внутри себя.

Новая терапевтическая система, разработанная учеными из Калифорнийского университета совместно с несколькими цитологическими лабораториями, использует нанотрубки в качестве активных перевозчиков медикаментов.

При этом врачи могут контролировать открытие концов нанотрубок таким образом, чтобы они высвобождали целебные грузы в нужном месте. Поэтому ученые назвали протеиново-липидные бионанотрубки "умными".

Кроме медикаментов, нанотрубки могут доставлять в клетки цепочки ДНК, кодирующие определенные гены. Такая адресная генная терапия может помочь в лечении многих генетических заболеваний и рака.

Подобные протеиновые нанотрубки - довольно пластичные наноструктуры, так как двуслойные липидные мембраны могут принимать различную пространственную форму в зависимости от соотношения липид-протеин. Так, нанотрубка может "переключаться" между состояниями "полностью закрыта", "открыт один конец", "открыты оба конца". Внешне нанотрубка может быть и продолговатой, и в виде капсулы.


Структура "умных" нанотрубок. Нанотрубки состоят из белка тубулина (красно-голубо-желто-зеленые объекты), который формирует спирали. Снаружи нанотрубки покрыты двуслойной липидной мембраной (желто-зеленая двуслойная структура). В центре и слева показаны два состояния нанотрубки, зависящие от соотношения липиды-протеин. У центральной нанотрубки оба конца открыты, а у той, что слева - закрыты.

Организаторы междисциплинарных исследовательских работ, благодаря которым ученые смогли получить уникальные "умные" нанотрубки - профессор биохимии Калифорнийского университета Лесли Уильсон и Цирус Сафинья, профессор материаловедения и физики из того же университета.

Микротрубки, сформированные из филаментов-нанотрубок, - одна из основных составляющих цитоскелета клетки. Для того, чтобы получить протеиновые нанотрубки, ученые воспользовались тканью головного мозга коровы. В нервных клетках микротрубки также выполняют роль нейротрансмиттера, т.е. передатчика нервных сигналов между клетками.

"Одна из важнейших частей нашего открытия - самосборка протеиновых нанотрубок в смешанном растворе под воздействием электрических зарядов", - комментирует свою работу Сафинья.

Как далее поясняет Уильсон, ученые добились взаимодействия между отрицательно заряженными микротрубками и положительно заряженными липидными мембранами. В растворе, содержащем смесь этих наноструктур, и происходит самосборка "умных" нанотрубок.

Полученная нанотрубка состоит из трех слоев и ее общий диаметр составляет около 40 нанометров. А внутренний диаметр капсулы - 16 нм.

Поскольку в растворе, содержащем собранные нанотрубки, со временем формируется равновесие электрических потенциалов, то и капсулы для доставки лекарств будут иметь одну форму. Но если воздействовать на раствор дополнительным электрическим потенциалом, то нанотрубки изменят конфигурацию - откроются или закроются в зависимости от полярности потенциала.

Ученые надеются, что такая пластичная капсула доставки лекарств сможет переносить не только лекарства, но и фрагменты ДНК. В своих опытах Уильсон и его коллеги добились того, что нанотрубки инкапсулировали лекарство таксол и затем по электрическому сигналу освобождали груз.

Одно из преимуществ использования нанотрубок состоит в том, что это естественные образования, находящиеся в каждой клетке, и поэтому они не могут вызвать побочных эффектов или интоксикации.

Структура нанотрубок была изучена с помощью новой технологии рассеивания рентгеновских лучей, совмещенной с электронно-лучевой микроскопией. Исследования финансировались рядом организаций: Национальным институтом здоровья США, Национальным научным обществом и Департаментом энергетики.

http://www.nanonewsnet.ru по пресс-релизу Университета Калифорнии в Санта-Барбаре 'Smart' Bio-nanotubes Developed; May Help in Drug Delivery