МОСКВА, 16 фев - РИА Новости. Американские биологи собрали первого в мире медицинского наноробота, который умеет распознавать определенные клетки и доставлять к ним молекулы лекарства, а также собирать различный "мусор" или нужные молекулы на пути к адресату, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
Шон Дуглас (Shawn Douglas) и его коллеги из Гарвардской медицинской школы в Бостоне (США) использовали технику сборки сложных ДНК-конструкций, которые в научном сообществе известны под собирательным названием "ДНК-оригами". В этой методике основой для любых деталей био-"машин" служит длинная одинарная цепочка ДНК, которая сплетается в нужный трехмерный предмет при помощи коротких "шпилек" из нескольких нуклеотидов - кирпичиков ДНК.
Плетение био-оригами
В 2009 году Дуглас разработал специальную компьютерную программу, которую он назвал nanoCAD (система автоматизированного проектирования для наноустройств из ДНК - ред.). Эта система позволяет создавать произвольные устройства из ДНК-"оригами" в виртуальной лаборатории и использовать полученные "чертежи" для сборки настоящих устройств.
Авторы статьи использовали ее для проектировки медицинского наноробота. Такое устройство представляет собой небольшую "бочку" из переплетенной нити ДНК. Верхняя и нижняя крышки "бочки" закрыты двумя парами специальных замков - биотранзисторами, ключами к которым могут быть антигены, особые условия окружающей среды или другие факторы. При их открытии робот выворачивается "наизнанку" и выбрасывает вещества, которые были спрятаны внутри емкости.
Для проверки работы своего изобретения ученые собрали несколько разновидностей нанороботов, которые содержали в себе микроскопические частицы золота или фрагменты различных антител. Затем ученые просветили пробирку с небольшим количеством роботов при помощи электронного микроскопа и оценили, сколько из них раскрылось преждевременно.
Оказалось, что первоначальная система "замков" была не слишком надежной - половина ДНК-роботов развалилась на части без соответствующего сигнала. Для решения этой проблемы Дуглас и его коллеги добавили два дополнительных элемента - "скобки" из коротких цепочек ДНК, скреплявшие половинки "бочки" изнутри. Это повысило устойчивость нанороботов практически в два раза - теперь около 97% емкостей оставались закрытыми.
Сервис по доставке наногрузов
Убедившись в надежности конструкции, исследователи испытали своих роботов в деле. Биологи настроили их таким образом, что те раскрывались в присутствии лейкоцитов и других иммунных клеток человека и помечали их при помощи светящихся красок. Затем ученые вырастили несколько колоний иммунных клеток, белки и другие молекулы на поверхности которых выступали в качестве "ключей", открывавших "грузовой отсек" нанороботов.
Как и ожидали биологи, культуры лейкоцитов без "ключей" практически не светились, так как наноботы не могли раскрыться и присоединить молекулы краски к оболочкам клеток. В колониях иммунных клеток, где "ключи" подходили под "замочные скважины" на теле робота, свечение было гораздо интенсивнее.
По словам Дугласа и его коллег, их роботы находили и присоединялись только к "нужному" типу клеток даже в том случае, если ученые смешивали несколько линий лейкоцитов из своего арсенала. Кроме того, биологам удалось использовать их изобретение и для решения двух задач сразу - сбора молекул определенного белка и их доставки к клетке-"адресату".
Авторы статьи полагают, что их роботы могут послужить прототипом для разработки крайне избирательных лекарственных средств, которые будут исполнять сразу несколько функций внутри организма.
