Российские и международные ученые разработали уникальные наночастицы. Эти частицы способны ускорять или замедлять сложные реакции внутри живых клеток и пробирок, реагируя на уровень света. Данное открытие прокладывает путь к созданию передовых "умных" материалов и лекарств нового поколения.
"Реакции в клетке определяют не только ее рост и деление, но и взаимодействие с окружением, включая другие клетки. Управляя каскадом биохимических процессов внутри клетки, мы получаем возможность контролировать и программировать ее поведение. Более того, интеграция нескольких химических подсистем в единое целое открывает привлекательные перспективы для разработки инновационных материалов", — отметила Екатерина Скорб из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге.
Наночастицы: Широкие возможности
На протяжении последних десятилетий химики, биологи и физики активно применяют наночастицы. Их используют для создания новых катализаторов, борьбы с онкологией, разработки электронных и оптических устройств, а также множества других футуристических гаджетов и реактивов.
Проблема сложных клеточных систем
Однако большинство существующих наночастиц и структур на их основе способны управлять лишь относительно простыми реакциями с участием неорганических или органических молекул. В то же время живые клетки содержат целые "конвейеры" сложнейших реакций, где задействованы десятки ферментов и вспомогательных молекул. Воспроизвести такие системы искусственно пока остается сложной задачей.
Инновационное решение от ИТМО и Гарварда
По информации Российского научного фонда, Екатерина Скорб, ее коллеги из ИТМО и химики Гарварда предложили оригинальное решение этой проблемы. Они научились управлять сложной биологической реакцией, протекающей в клетках человека, создав особый химический "переключатель".
Механизм действия светового катализатора
Этот переключатель представляет собой наночастицы диоксида титана, выступающие в роли катализатора нового типа. Под воздействием света эти частицы расщепляют воду на атомарный кислород и водород. При помещении таких частиц в раствор органических соединений, генерируемый кислород взаимодействует с наиболее уязвимыми молекулами, вызывая резкое изменение кислотно-щелочного баланса среды.
Контроль скорости реакций и перспективы
Ученые предположили, что подобные изменения могут существенно влиять на скорость протекания различных реакций в живых клетках, замедляя или ускоряя их. Гипотезу проверили, поместив наночастицы в раствор, где молекулы белка трипсиногена самопроизвольно превращались в трипсин ключевой пищеварительный фермент.
Эксперименты подтвердили: освещенные светом наночастицы действительно тормозили образование новых молекул трипсина. Сила этого эффекта напрямую зависела как от количества катализатора, так и от яркости светового потока.
По мнению исследователей, аналогичным методом можно управлять и другими сложными реакциями в организме. Это открывает путь к созданию новых типов лекарственных препаратов и "умных" материалов, способных изменять свои свойства в зависимости от времени суток или освещения. Дополнительно технология применима для оценки токсичности наночастиц и изучения механизмов их воздействия на клеточные процессы.
Источник: scientificrussia.ru
