Молекулярные машины просверлили клеточную мембрану

Под действием ультрафиолета "молекулярный мотор" начинает вращаться и "просверливает" дыру в клеточной мембране
Víctor García-López et al / Nature 2017
Химики из университета Райса (Хьюстон, США) применили молекулярные моторы — молекулы, одна часть которой вращается относительно другой, — в качестве агентов, увеличивающих проницаемость клеточных мембран. Наномашины работали по принципу сверла, проделывая отверстия в мембране под действием света определенной длины волны. Регулируя конфигурацию молекулярного мотора и время облучения, ученым удалось через поры доставить в клетки краситель, либо полностью разрушить мембраны и убить клетки. Статья опубликована в журнале Nature.
Мембрана, окружающая клетку, представляет из себя двойной липидный (жировой) слой со множеством встроенных в нее белков и «шубой» из углеводных цепочек. Кроме того, поверхность мембраны отрицательно заряжена. Благодаря такому строению мембрана обладает свойством избирательной проницаемости, то есть большинство компонентов среды просто так в клетку попасть не могут. Чтобы обойти эту особенность и доставить в клетки необходимый груз — к примеру, лекарственные препараты, представляющие собой большие заряженные молекулы, или ДНК — исследователям приходится искусственно увеличивать проницаемость мембраны.
Один из самых популярных способов доставить вещество в
клетку — упаковать его в пузырьки, состоящие из такого же липидного слоя. Пузырьки
могут сливаться с мембраной и высвобождать содержимое внутрь клетки.
Физические методы увеличения проницаемости мембраны также нередко применяются
на практике — к примеру, под действием электрического поля в мембране
образуются отверстия, в которые неспецифически могут проникнуть компоненты
среды. Для удобства работы не только с клеточными культурами в лабораторных условиях,
но и с живыми организмами, ученые разрабатывают новые способы доставки веществ через
мембрану.
Американские химики синтезировали несколько вариантов таких наномоторов,
в том числе с флуоресцирующей частью, чтобы за ней можно было наблюдать в
клетке, и с короткой аминокислотной цепочкой, обеспечивающей селективное
связывание с определенными белками на поверхности клетки. Вращение ротора
индуцировалось ультрафиолетом.
В следующих экспериментах наномашины исследовали на клетках. Используя флуоресцентно меченый мотор, ученые показали, что молекулы эффективно проникают внутрь клетки, а при продолжительной активации могут разрушить большинство клеточных мембран и убить клетки. Эффект также воспроизвели на культуре клеток аденокарциномы простаты. Эти клетки несут на поверхности специфические белки, благодаря чему к ним можно адресно доставить лекарственный препарат с пришитой короткой аминокислотной цепочкой (пептидом). В смешанной клеточной культуре молекулярные машины с пришитым пептидом селективно связались к клетками аденокарциномы и убили их, не действуя на клетки другого типа.
Наконец, авторы работы показали, что молекулярные машины
способны ограниченно увеличивать проницаемость мембран и способствовать
накоплению внутри клеток вещества, которое в норме туда не проникает. В
качестве такого вещества был использован йодид пропидия — флуоресцентный агент,
который связывается с нуклеиновыми кислотами. Исследователи наблюдали
накопление красителя в ядре клетки со временем при индукции мотора
ультрафиолетом.
Дарья Спасская