Инженери от Масачузетския технологичен институт (MIT) са разработили магнитни протеинови наночастици, които могат да се използват, за да се проследяват клетки или при наблюдение на процеси вътре в тях. Частиците, описани днес в Nature Communications, представляват подобрени версии на естествен, слабо магнитен протеин, наречен феритин.

"Феритинът, който наподобява естествена магнитна протеинова наночастица, всъщност е слабо магнитен. Тъкмо това е обектът на изследване в тази статия," обяснява Алън Ясанов (Alan Jasanoff), професор по биологично инженерство в MIT и ръководител на изследването. "Използвахме методите на протеиновото инженерство, за да се опитаме да подобрим магнитните характеристики на този протеин."

Новите "хипермагнитни" протеинови наночастици могат да се произвеждат вътре в самите клетки, което би позволило клетките да се наблюдават или разделят с помощта на магнитни методи. Това премахва необходимостта клетките да бъдат белязани със синтетични частици и позволява да се засичат много други молекули вътре в клетките.

Първи автор в изследването е Юри Мацумото (Yuri Matsumoto), дипломант от MIT. Другите автори са Ричи Чен (Ritchie Chen), също дипломант и Полина Аникеева (Polina Anikeeva), доцент, специалист по технология на материалите и инженерство. Наличието на двама толкова млади автори (на ниво малко след бакалавър) в изследване публикувано в толкова елитен журнал не е толкова често срещано в научните среди.

Магнитно привличане

Предишни изследвания са били използвани за разработване на магнитни частици за визуализиране или проследяване на клетки, но чисто практически, доставянето на тези частици до целевите клетки може да се окаже доста трудно.

В новото изследване, Ясанов и колегите му са си поставили за цел да създадат магнитни частици, които да са генетично кодирани. По този начин, учените могат да доставят ген, кодиращ магнитния протеин директно в целевите клетки и така да ги накарат да започнат сами да произвеждат протеина.

"Вместо да правим дадена наночастица в лабораторията и да я прикачаме към клетки или да я инжектираме в тях, ние трябва само да вкараме гена, кодиращ този протеин," разяснява Ясанов, който също така е асоцииран член на Института МакГовърн за Мозъчни Изследвания към MIT.

Като за начало, учените използвали феритин, който служи като депо за железни атоми, от които всяка клетка се нуждае като компоненти за метаболитните си ензими. За да създадат по-високо магнитна версия на феритина, учените разработили около 10 милиона варианта на протеини и ги тествали в клетки на дрожди. 

След продължителни цикли на скрийнинг, учените използвали един от най-обещаващите кандидати, за да получат магнитен сензор, състоящ се от подобрен феритин, съдържащ протеинов маркер, който се свързва с друг протеин, наречен стрептавидин. Това им позволило да регистрират наличието на стрептавидин в дрождиевите клетки, но този подход може да се използва така, че да е насочен и към други молекули.

Подобрената версия на протеина успешно е преодоляла едно от основните ограничения на естествения феритин - факта, че той трудно се натоварва с желязо, твърди Алън Корецки (Alan Koretsky), старши научен сътрудник в Националния Институт по неврологични заболявания и Инсулти. "Би било прекрасно, ако можем да изработваме повече магнитни индикатори за магнитно резонансна образна диагностика (MRI) и това се явява важна стъпка към разработването на много по-добри индикатори," твърди Корецки, който не е част от изследователския екип.

Регистриране на клетъчни сигнали

Тъй като инженерните форми на феритина се кодират генетично, те могат да се произвеждат в клетките, които са предварително програмирани да го правят само при определени обстоятелства, като например, когато клетките получат някакъв външен сигнал, когато се делят или когато диференцират в друг тип клетка. Учените могат да проследят тази активност използвайки MRI, което може да им позволи да наблюдават, например, директно комуникацията между неврони, активацията на имунни клетки, диференциацията на стволови клетки, както и много други процеси в клетките. Такива сензори могат също да се използват за оценка ефективността на стволово-клетъчните терапии, смята Ясанов.

"С разработването на нови терапии със стволови клетки, става все по-важно да имаме неинвазивни методи, които да ни позволяват да измерваме различни техни характеристики," обяснява той. Без такъв тип изследвания ще бъде много трудно да се определи ефекта от подобни лечения или съответно причината, поради която те не действат.

Учените в момента работят върху адаптирането на магнитните сензори при работа с клетки от бозайници. Те също така се опитват да направят инженерния феритин дори още по-магнитен, което ще подобри още повече неговите качества при практическа употреба и ще намали изискванията за чувствителност на уредите, които ще се използват за измерването му.

Източник: MIT News

Още по темата

20/09/2015

Технологии

Вълнуващото бъдеще на нанотехнологиите

06/05/2015

Животът

Малки синтетични частици се придвижват като бактерии