Ученые из Университета Дрекселя создали многофункциональный наноразмерный клеточный эндоскоп

Он позволяет проводить комплексные анализы, определять заболевания клетки на ранней стадии развития и проводить внутриклеточные инъекции лекарственных препаратов, без чувствительного повреждения живой клетки Изображения клеток проколотых наноиглой, появляющиеся на обложках журналов и книг на протяжении последнего десятилетия, стали своеобразным символом нанотехнологий в медицине и биологи, но фактически наноиглы, с помощью которых можно «сделать укол» маленькой живой клетке, не вызывая ее существенного повреждения, не были реальностью до недавнего времени.

Команда инженеров, ученых и биологов из Института Нанотехнологий Университета Дрекселя , США (DNI, USA) разработала революционное решение "все-в-одном" в виде наноразмерного эндоскопа из углеродной нанотрубки которая прилагается к стандартной микропипетке из стекла - многофункциональный наноразмерный эндоскоп для инъекций и зондирования живых клеток, практически без риска их повреждения. Эта методика позволит определять заболевания клетки на ранней стадии и заранее проводить лечение с помощью безопасных внутриклеточных инъекций лекарственных препаратов, предотвращая дальнейшее развитие болезни.

В исследованиях под руководством директора Института Нанотехнологий (DNI) Юрия Гогоци (Dr. Yury Gogotsi), профессора материаловедения и инженерии, и доктора Гарри Фридмана, профессора электротехники, для оценки клетки использовался клеточный эндоскоп, построенный на основе нанотрубок, размером примерно в тысячу раз меньше, чем человеческий волос. Такой эндоскоп обеспечивает проникновение в живую внутриклеточную среду, обеспечивая комплексный анализ клетки на молекулярном уровне с помощью, электрических и оптических сигналов, отбора микропроб и введения флуоресцентных квантовых точек, практически не повреждая клеточной оболочки.

По словам профессора Юрия Гогоци, (prof. Yury Gogotsi) эндоскопы, созданные учеными из Университета Дрекселя, имеют наименьший размер из когда-либо испытуемых."Эндоскопы открывают возможность применения новой более продвинутой технологии, незаменимой для изучения основ жизнедеятельности как отдельной клетки, так и для всей молекулярной биологии в целом".

Ядро клетки первичного гепатоцита прокалывается эндоскопом в 100 nm	Ядро клетки первичного гепатоцита на различных типах красителей, красным оттенком митохондрии	Многостенные углеродные нанотрубки прикреплены к кончику стеклянной пипетки, которая покрыта непроводящим эпоксидным полимером снаружи и проводящим – изнутри.

Обычно микробиологи, при проникновении в клеточные органелы и биомолекулы, необходимом для выявления заболеваний и анализа действия новых лекарственных препаратов на жизнедеятельность и функционирование клеток, уничтожают большее их количество. Для проведения внутриклеточных инъекций широко используются стеклянные микопипетки, которые из-за сравнительно больших своих размеров причиняют серьезные повреждения, травмируют или убивают живую клетку, кроме того, такие пипетки не предназначены для передачи информации в виде оптических или электрических сигналов внутри клетки.

Как рассказал профессор Гарри Фридман (Dr. Gary Friedman), у ученых возникла идея разработки зонда, минимально травмирующего клетку, с кончиком, который, находясь внутри клетки в течение длительного времени, смог бы передавать важную информацию в виде оптических и электрических сигналов, а также позволял проводить изъятие небольших проб внутриклеточного материала. Такой зонд напоминает эндоскоп, используемый врачами для выполнения операций, минимально травмирующих внутренние органы. Достаточно простой принцип данного эндоскопа, суть которого состоит в совмещении стеклянной микропипетки, которая обычно применяется в биологических исследованиях, с углеродной нанотрубкой на кончике, обеспечит его производство и широкое использование уже в ближайшем будущем.

Профессор Майкл Шарлоу (Dr. Michael Schrlau), руководитель научно-исследовательской лаборатории в Институте Кека при Центре Материаловедения и Инжиниринга Университета Дрекселя, заявил: "Сейчас мы создаем эндоскоп для демонстрации его возможностей и возможностей влияния на живую клетку, чтобы найти ответы на некоторые вопросы, которые давно интересуют микробиологов. Также мы активно занимаемся разработкой внутриклеточных эндоскопов с возможностью комбинационной светоскопии с повышенным рассеиванием света, благодаря технологии покрытия эндоскопа золотом.

Ученые из Университета Дрекселя получили на исследования и разработки нанотрубчатых эндоскопов грант Nanoscale Interdisciplinary Research Team National Science Foundation, а также финансирование от WM Keck Foundation.
По результатам исследований опубликована статья в журнале Multifunctional carbon-nanotube cellular endoscopes. Nature Nanotechnology 6 (2011) 57–64

По материалам:

Singhal, R., Orynbayeva, Z., Kalyana Sundaram, R., Niu, J., Bhattacharyya, S., Vitol, E., Schrlau, M., Papazoglou, E., Friedman, G., & Gogotsi, Y. Multifunctional carbon-nanotube cellular endoscopes. Nature Nanotechnology 6 (2011) 57–64, DOI: 10.1038/nnano.2010.241

Drexel Researchers Create Early Disease Detection and Drug Delivery Device for Single Living Cells// http://www.drexel.edu/news/headlines/drexel-researchers-create-early-disease-detection-and-drug-delivery-device-for-single-living-cells.aspx"