Новости химической науки > Микромашины для медицины управляются ферментами

Исследователи из США разработали металлические устройства миллиметрового размера, которые могут деформироваться, раскрываясь и закрываясь в ответ на определенные химические сигналы

Исследователи полагают, что со временем «умные устройства» могут найти применение для биопсии печени, операций на артериях и доставки лекарств.

Крошечные инструменты, которые открываются или закрываются под воздействием ферментов, со временем могут использоваться для отбора образцов ткани в медицинской диагностике или доставки лекарственных препаратов. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.1021/ja106218s)

Как отмечает Дэвид Грациас (David Gracias) из Университета Джона Хопкинса (Балтимор), любому устройству, даже самому миниатюрному, необходим источник питания – набор аккумуляторов или электрические провода, что приводит к нежелательному увеличению размеров самого устройства. Тем не менее, в природе почти повсеместно распространены микромашины: мышечная ткань сокращается, листья поворачиваются к свету – все эти процессы управляются химическими реакциями.

Исследователи из группы Грациаса решили разработать совместимые с организмом человека устройства, которые могут правильно давать отклик на химический сигнал в нужное время и в нужном месте тела человека. Исследователи взяли тонкие кремниевые пластинки и покрыли их слоями хрома, никеля и золота. Применив точный трафарет, исследователи смогли получить металлические «узоры», напоминавшие цветок или открытую ладонь. Микроустройства были оснащены петлями, чтобы они могли открываться и закрываться.

Затем исследователи нанесли на полученные устройства слои полимеров, способных разрушаться под воздействием определенных ферментов. Порядок нанесения таких полимеров позволяет осуществлять их селективное разрушение, приводящее к раскрытию или закрытию устройств. Один из использованных исследователями полимеров представляет собой производное коллагена – компонента соединительной ткани, другой – производное целлюлозы – главного компонента клеточных стенок растений.

Как коллаген, так и целлюлоза разрушаются под воздействием определенных ферментов. Целлюлазы, вырабатываемые организмом бактерий и грибков, разрушают целлюлозу, кстати, позволяя термитам переваривать древесину. Протеазы, с помощью которых человек переваривает мясную пищу, разрушают коллаген. По словам Грациаса, многие опухоли вырабатывают значительное количество протеаз, поэтому, по словам Грациаса, новые микромашины смогут автоматически срабатывать, попадая в пораженную ткань.

Для проверки того, как работают полученные системы, исследователи выполнили из полимерных материалов модель внутренностей, внутри которой поместили фрагмент печени птицы. С помощью магнита им удалось провести микромашины через модель внутренностей непосредственно к печени, после чего с помощью шприца ввели в систему раствор целлюлазы, и микромашина закрылась, захватив образец печени. После этого исследователи опять же с помощью магнита извлекли микроустройство наружу, в какой-то степени грубо сымитировав биопсию. Как было продемонстрировано, микросистемы также могут использоваться для доставки полезной загрузки в нужное место.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.1021/ja106218s

метки статьи: #биомедицинские микроприборы, #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #химия поверхности, #химия полимеров