Бактерии – одна из древнейших форм жизни на Земле. Они играют важную роль в круговороте веществ в природе, способны выжить в экстремальных условиях и поддерживают полезную микрофлору других живых организмов. Для многих из нас бактерии ассоциируются только с заболеваниями, но на самом деле они уже сотни лет используются людьми для изготовления лекарств, защиты растений и разложения загрязнителей, тем самым принося огромную пользу.
Относительно недавно ученые обнаружили ещё одно необычное свойство бактерий – возможность передвигаться с помощью магнитного поля. Такие бактерии называются магнитотактическими. В клетках этих микроорганизмов находятся наноразмерные частицы – магнетосомы, содержащие в себе кристалл магнетита (оксида железа). Гипотеза состоит в том, что попадая в неблагоприятную среду, именно с помощью магнетосом бактерия может ориентироваться в магнитном поле Земли и перемещаться в более комфортные условия для жизни.
Сегодня исследователи из разных стран рассматривают такие бактерии в качестве перспективного источника для получения биосовместимых магнитных наночастиц. Однако большинство видов этих микроорганизмов размножаются крайне медленно, поэтому научные группы из разных стран ищут наиболее эффективные виды и штаммы таких бактерий.
«Обычно для того, чтобы изучать магнетосомы, требуется извлечь из микроорганизмов эти органеллы и подготовить лиофилизированные образцы, а это может повлиять на их свойства и на достоверность результатов экспериментов. Для решения этой проблемы мы впервые применили метод, который позволяет изучать магнитные свойства бактерий в естественном состоянии, не разрушая их клетки».
Докторант, доцент кафедры микро- и наноэлектроники (МНЭ), старший научный сотрудник Инжинирингового центра микротехнологии и диагностики СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Камиль Газинурович Гареев
Группа ученых из НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ разработала некую установку, которая позволила изучать сигналы от магнетосом даже небольших проб микроорганизмов в среде для размножения. В ходе экспериментов изучалась серия образцов шести штаммов Magnetospirillum spp. как свежевыращенных, так и после длительного хранения. Для получения дополнительной визуальной информации, ученые использовали традиционные методы электронной и атомно-силовой микроскопии. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Applied Sciences.
«Предложенный подход позволил нам получить информацию о магнитных и динамических параметрах и о состоянии магнетосом внутри магнитотактических бактерий. В перспективе МТБ могут стать эффективным источником биосовместимых магнитных наночастиц биогенного происхождения для нужд био- наномедицины. Эти частицы, как и химически синтезированные, могут использоваться в тераностике, обеспечивая в случае их таргетной доставки возможность ранней магнитно-резонансной диагностики злокачественных новообразований с одновременной терапией опухоли за счет доставки лекарственных препаратов».
Ведущий научный сотрудник Лаборатории молекулярной биофизики и нейтронных исследований Отделения молекулярной и радиационной биофизики ПИЯФ Вячеслав Анатольевич Рыжов
Тераностика — это подход, при котором обследование пациента и его лечение проводятся в рамках одной и той же процедуры с использованием тех же приборов. Термин произошел от двух слов: «терапия» и «диагностика». И хотя методы тераностики могут быть полезны в самых разных областях медицины, сегодня они активно развиваются именно в онкологии.
Как магнетосомы должны помочь в изготавлении таких препаратов? Вячесав Анатольевич уточнил, что наиболее перспективным представляется использование магнетосом для физиотерапевтических вариантов лечения онкопатологий, в которых используется, например, эффект гипертермии. В этом случае при воздействии на локализованные в опухоли магнетосомы переменным магнитным полем в опухоли нагревается их магнитное ядро и происходит нагрев опухолевой ткани. Поскольку опухолевые клетки, в отличие от нормальных, погибают.