Учёные Сколтеха, научного центра LIFT и ФЦМН ФМБА создали микрокапсулы, которые доставляют белки внутрь нервных клеток и открываются по сигналу лазера. Так можно воздействовать на отдельные клетки, не задевая соседние. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.
Капсула диаметром около 1,7 мкм собрана из нескольких слоёв полимеров: полиаллиламина и полистиролсульфоната. В оболочку встроены золотые наностержни и флуоресцентные красители. Под светом наностержни нагреваются, а красители образуют активные формы кислорода. Оболочка разрушается, и белок выходит прямо внутри клетки. Повторный, более мощный луч навсегда меняет цвет красителя. Так помечают клетки, в которых капсула уже вскрыта, и за ними можно следить дальше. Клетки хорошо захватывают капсулы, и даже большое их количество не наносит вреда.
В опытах использовали два белка: BDNF (нейротрофический фактор мозга) и NeuroD1 (транскрипционный фактор, управляющий работой генов). С BDNF у клеток становилось больше отростков. С NeuroD1 отростки сильнее ветвились, а сами клетки начинали напоминать ранние нейроны. Эффект проявлялся только в облучённой области и не затрагивал соседние клетки.
Затем метод проверили на нейросфероидах — плотных скоплениях клеток-предшественниц. Здесь применили ближний инфракрасный свет: он глубже проникает в ткань и меньше рассеивается. Применили и двухфотонное возбуждение, при котором облучается лишь крошечный объём в фокусе лазера: одна клетка или её часть. Белок удалось высвободить в клетках на разной глубине, в том числе на глубине в несколько сотен микрометров.
«Самое главное преимущество разработки в том, что учёный может воздействовать только на определённые клетки в популяции», — отметил директор Центра био- и медицинских технологий Сколтеха, научный директор LIFT профессор Глеб Сухоруков. В капсулы можно загружать разные белки, поэтому подход подходит для разных задач.
Пока это эксперименты на клеточных культурах. Метод помогает изучать, как развиваются и взаимодействуют нервные клетки. В перспективе он может лечь в основу адресного лечения травм мозга. После травмы спинного мозга собственные клетки-предшественницы в основном превращаются в глию и лишь изредка в нейроны. Если направлять их развитие в нейроны, утраченные клетки можно будет восполнять без пересадки чужих.
«Самое главное преимущество разработки в том, что учёный может воздействовать только на определённые клетки в популяции»
