Капсулы, высвобождающие белки внутри нервных клеток по лазерной команде, разработала команда исследователей из Сколтеха, научного центра LIFT и ФЦМН ФМБА. В дальнейшем подход может лечь в основу адресной клеточной терапии травм головного и спинного мозга. Статья вышла в Nature Scientific Reports. Об этом сообщает сайт Научная Россия.
По мере взросления клетки выбирают специализацию: нейральные предшественники становятся либо нейронами, либо вспомогательными клетками глии. Решают сигнальные белки — их набор, концентрация и то, в какой момент клетка получает стимул. Обычное внесение таких молекул действует на всю ткань сразу, а каждой клетке нужен свой сигнал в своё время.
Точность обеспечивают частицы диаметром около 1,7 мкм с многослойной полимерной оболочкой. Белок прячут внутри; клетки капсулы охотно захватывают, содержимое удерживается, а вреда нет даже при больших количествах частиц. Вскрывает оболочку лазерный луч, и молекула оказывается прямо внутри клетки. Слои полиаллиламина и полистиролсульфоната содержат золотые наностержни и флуоресцентные красители: свет нагревает стержни, красители порождают активные формы кислорода, оболочка разрушается. При повторном облучении большей мощности цвет красителя меняется необратимо — это метка для клеток, где капсула уже сработала.
Эксперименты шли на культуре предшественников нервных клеток, развитие которых направляли в сторону нейронов. В капсулы загружали два сигнальных белка — BDNF и NeuroD1. Затем подход проверили на нейросфероидах, плотных скоплениях тех же клеток: ближний инфракрасный свет проникает глубже и меньше рассеивается, а двухфотонное возбуждение позволяет засветить крошечный объём вплоть до одной клетки. Высвобождение белка запускали на разной глубине сфероида, не затрагивая соседей. С BDNF у клеток прибавилось отростков, с NeuroD1 усилилось их ветвление, а фенотип стал напоминать ранние нейроны. Эффект держался в пределах облучённой зоны.
Наполнять оболочку можно разными биомакромолекулами — белками и нуклеиновыми кислотами, а свойства капсулы меняются за счёт добавок наночастиц или функциональных молекул. Как отмечает научный директор LIFT Глеб Сухоруков, воздействовать удаётся только на выбранные клетки популяции, отслеживая последующие изменения. Платформа пригодится для изучения развития и взаимодействия клеток нервной системы и для наблюдения за судьбой единичных индуцированных клеток — как в монослоях, так и в многоклеточных комплексах.