Нанопередатчики в клетках помогут организму самовосстанавливаться

БАРСЕЛОНА, 28 марта. Производство крохотных чипов и интегрирование их внутрь живых клеток можно использовать в наномедицине. Как передает «Правда.Ru», к таким выводам пришла группа исследователей из департамента микро- и наносистем Института микроэлектроники Барселоны.

Исследователи приступили к освоению горизонтов биологии и электроники путем интеграции наноэлектронных компонентов и живых клеток. Развитие сферы микро- и наномасштабных инструментов дали ученым возможность понять механизмы работы отдельных клеток. Теперь все виды механических, биохимических, электрохимических и тепловых процессов могут быть исследованы с помощью этих миниатюрных устройств.

Типичная человеческая клетка имеет размер около 10 квадратных микрометров, и это значит, что внутри нее могли бы поместиться сотни мельчайших транзисторов. Если нынешние темпы миниатюризации продолжатся, к 2020 году внутрь типичной живой клетки смогут быть внедрены около 2500 транзисторов.

«Сегодня процессы микро- и наноэлектроники уже позволяют нам производить сложные трехмерные микромасштабные структуры, такие как датчики и актуаторы (исполнительные механизмы)», - сообщает руководитель проекта IMB-CNM (CSIC) департамента микро- и наносистем Института микроэлектроники Барселоны Хосе Антонио Плаза.

«Возможно уже сегодня массово производить комплексные структуры, меньшие, чем клетки, с нанометрической точностью и при низких затратах. Кроме того, в производстве кремниевых чипов могут быть использованы различные материалы (полупроводники, металлы и изоляторы) с точными размерами и геометрией «, - добавил ученый.

Он утверждает, что создавать крохотные кремниевые чипы, интегрировать их и вживлять внутрь клеток можно различными методами (липофекция, фагоцитоз или микроинъекция), при этом они могут быть использованы в качестве внутриклеточных датчиков.

Плаза отмечает, что многие современные исследования связаны с изготовлением и внедрением в клетки различных по форме и организации микро- и наночастиц. В основном они производятся путем химического синтеза и вполне могут найти применение в такой новой области, как наномедицина.

«Кремниевые чипы предоставляют практически бесконечные способы их применения во многих областях современной жизни. Эти микросхемы изготавливаются из типичного полупроводникового материала - кремния с помощью общей промышленной технологии на основе процессов фотолитографии».

В своих экспериментах испанская команда произвела различные партии поликремниевых чипов, а затем выбрали наиболее подходящий тип с поперечными размерами от 1,5-3 мкм и толщиной от 0,5 мкм, для того чтобы они смогли поместиться внутри живых клеток. После внедрения чипов в клетки исследователи убедились, что последние остаются живыми и здоровыми.

«Основываясь на наших экспериментах, мы можем заключить, что созданные на основе кремния внутриклеточные чипы способны усваиваться живыми клетками, не влияя при этом на жизнеспособность последних. Эти устройства могли бы быть использованы в качестве внутриклеточных датчиков, так как они взаимодействуют с цитоплазмой клеток», - говорит Плаза.

Основные области применения чипов - изучение отдельных клеток, раннее выявление заболеваний и новые клеточные механизмы самовосстановления. Испанские ученые предполагают, что кремниевые чипы откроют безграничные возможности для разработки инновационных диагностических и терапевтических устройств с внутриклеточными приложениями.

«В ближайшем будущем новые чипы позволят количественно и качественно оценивать деятельность отдельной клетки, а также помогут осуществлять мониторинг клеточных процессов на практике и в режиме реального времени. Кроме того, они обеспечат специфическое маркирование активных участков клеток или эффективную доставку препаратов внутрь клеток-мишеней «, - говорит Хосе Антонио Плаза.

Очевидно, что влияние этих структур на жизнеспособность клеток является основополагающим вопросом. Хотя первоначальные наблюдения были многообещающими, все же нужны и дальнейшие систематические исследования токсичности и биосовместимости внутриклеточных чипов.

«Мы с большим интересом готовы продолжать исследование того, как эти устройства будут взаимодействовать с живыми клетками и выполнять сенсорные виды деятельности», - сказал в заключение ученый.