Ведущие российские научные учреждения — МГУ имени М.В. Ломоносова, Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Сколковский институт науки и технологий — достигли значительного прорыва в создании уникальных микроигл из кремния с наноструктурами золота для точной фиксации живых клеток, доставки препаратов и одновременного анализа их состояния. Руководила проектом заведующая лабораторией медицинской физики МГУ Любовь Андреевна Осминкина. Этот прогрессивный инструмент обеспечивает революционно точечную доставку лекарственных средств (например, доксорубицина) в клетки и предоставляет ученым возможность отслеживать реакции внутри живых клеток в реальном времени без использования внешних меток и повреждения клеточных оболочек.
Новые возможности современной биофизики и медицины
Микроиглы представляют собой миниатюрные структуры, изготавливаемые из высокотехнологичных материалов, способные аккуратно проникать в ткани и клетки организма. Благодаря минимальной травматичности и высокой воспроизводимости, эти устройства становятся важнейшим инструментом современной биомедицины. Их применение открывает путь для персонализированной, локальной доставки не только лекарственных препаратов, но и генов, белков и прочих важных молекул, напрямую в нужные участки — например, в опухолевую ткань или определённые зоны мозговой активности. Совмещение микроигл с сенсорными наноструктурами позволяет осуществлять постоянный молекулярный мониторинг и создает абсолютно новые подходы в диагностике, терапии и фундаментальных исследованиях клеточных процессов.
Прорывная технология кремниевых микроигл с золотыми наноструктурами
Специалисты МГУ совместно с коллегами из Российской академии наук и Сколково разработали массивы кремниевых микроигл, на концах которых размещены наноструктуры золота, напоминающие корону. Именно эта конструкция увеличивает локальное электромагнитное поле до невероятных масштабов — в сто миллионов раз. За счет такой особенности достигается не только безопасное проникновение в клетки, но и исключительная эффективность при анализе их состава посредством усиленной рамановской спектроскопии. Данная технология дает возможность ученым наблюдать малейшие изменения в молекулярной структуре живых клеток практически в режиме реального времени.
Рамановская спектроскопия: высокоточный «сенсор» клеток
Любовь Андреевна Осминкина отмечает, что новая платформа обладает высокоэффективными аналитическими возможностями. Суть рамановского рассеяния: каждый вид молекул обладает своим уникальным спектром. Лазерный луч, проходя через клетку, вызывает «отклик» от молекул, который легко анализируется с помощью чувствительных датчиков. Покрытие концов микроигл золотыми наночастицами многократно усиливает эти сигналы, а значит, экспресс-диагностика или мониторинг химических процессов возможен практически мгновенно. Это особенно важно для отслеживания динамических изменений, протекающих как в отдельных клетках, так и в сложных многоклеточных моделях.
Доставка доксорубицина и мониторинг ответа клетки
Ключевым преимуществом разработанных микроигл стало их умение одновременно фиксировать клетки, вводить необходимые препараты и наблюдать реакции клетки на лечение. Как продемонстрировали учёные, предварительное насыщение микроигл доксорубицином приводит к тому, что клетки на поверхности массива начинают демонстрировать спектральные признаки токсического воздействия препарата. Этот подход позволяет объективно и быстро оценить эффективность химиотерапии, а также корректировать индивидуальные схемы лечения — всё это без необходимости внедрения искусственных маркеров или риска повредить клетку.
Потенциал для будущих исследований и медицины
Важной задачей новой платформы стала также иммобилизация клеток без утраты их жизнеспособности и функции. Ранее, при длительном наблюдении, клетки могли «уползать» из зоны регистрации сенсоров, что затрудняло анализ. Теперь же, даже одиночные клетки можно надёжно фиксировать на платформе и изучать их реакцию на воздействие медикаментов, включая сложные череды внутриклеточных событий во времени. Такая технология способна преобразовать подходы к разработке новых лекарств, диагностике и персонализированной медицине, давая врачам и исследователям мощные инструменты для управления клеточным поведением и определения самых эффективных терапевтических стратегий.
Исследование реализовано благодаря поддержке Российского научного фонда (грант № 24-15-00137), при активном участии Научно-образовательной школы МГУ «Фотоника» (23-SCH06−19) и содействии Министерства науки и высшего образования РФ.
Источник: scientificrussia.ru
