Учёные Политеха Петра и Академического университета обнаружили необычный эффект изменения спектра флуоресценции при взаимодействии нанопроводов и живых клеток. Это явление можно будет использовать, например, в биосенсорах, применять для детекции стерильности.
Нанопровода — это…
Нанопровода или нитевидные нанокристаллы из полупроводниковых соединений представляют собой наноструктуры с большой разницей в соотношении длины к диаметру. За счет своей уникальной геометрии нанопровода могут выступать как резонаторы или объекты, способные проникать в различные среды. Нитевидные нанокристаллы применяют в разных сферах: от элементов микроэлектроники до различного вида сенсоров, включая биологические.
Нанопровода + живые клетки
Изначально учёные планировали создать систему трансфекции — доставки нуклеиновых кислот в клетки. Для современных наук о жизни разработка этого метода — одна из приоритетных задач, поскольку позволяет заставлять клетки синтезировать не только те белки, которые заложены в ДНК этих клеток, но и любые другие произвольные. Таким образом возможно, с одной стороны, изучать влияние на клетку или организм включения или выключения определенных процессов, а с другой — получать в большом количестве нужные белки, например, моноклональные антитела, широко применяемые в терапии различных заболеваний.
Первоначально исследователи проверяли, будут ли клетки, культивируемые на поверхности нанопроводов, пропускать в себя ДНК, и будут ли они синтезировать кодируемые в этой ДНК белки. Предполагалось, что мембрана клеток будет прокалываться наноиглами и через образовавшиеся отверстия кольцевая молекула ДНК — плазмида — будет попадать в клетку. И гипотеза подтвердилась. Однако, учёные также обнаружили интригующий эффект взаимодействия клеток с нанопроводами. Выяснилось, что клетки способны разрушать нанопровода и поглощать их, и при этом спектр флуоресценции проводов изменяется.
Как это делалось?
Шаг 1. Все клетки растут в инкубаторе, где поддерживается необходимая для их жизни температура, влажность и состав атмосферы. Живут они в пластиковых флаконах со специальным покрытием, позволяющим клеткам легко закрепляться на поверхности.
Шаг 2. Когда нужно провести эксперимент, первым делом клетки снимаются с поверхности флаконов и подсчитывается их концентрация.
Шаг 3. После этого клетки переносятся в многолуночные планшеты. В этом исследовании на дно лунок помещались подложки, на которых были предварительно выращены нанопровода. После добавления клеток, планшет снова убирался в инкубатор, и через приблизительно 12 часов клетки закреплялись на поверхности и были готовы к дальнейшим манипуляциям, изучению.
Шаг 4. Основными методами в этом исследовании были конфокальная микроскопия — вариант флуоресцентной микроскопии, позволяющий добиться очень высокой четкости изображения и, кроме того, получить трехмерные изображения образца, и сканирующая электронная микроскопия, которая дала учёным возможность увидеть сам момент отрыва нанопровода клеткой от подложки.
И что с того?
Изменение флуоресценции — это индикатор, как известная всем с уроков химии лакмусовая бумага. И изменение оптических свойств нанопроводов в присутствии живых клеток можно применять в качестве детектора стерильности.
Сдвиг спектра флуоресценции обусловлен определенными биохимическими реакциями в клетках, связанными с метаболизмом. Это значит, что такие системы могут быть использованы для измерения уровня метаболизма клеток при различных условиях. Кроме этого, поскольку нанопровода — полупроводниковые структуры, их можно подключить к измерительным приборам и исследовать изменения в электрическом потенциале клеток, что важно для изучения нейронов.
Подписывайтесь на канал Теория большого Политеха, чтобы дистанционно попасть в лаборатории, где проводятся фронтирные исследования!
Что ещё почитать?