Впервые в истории науки группа инженеров, химиков и биохимиков из Государственного университета Пенсильвании (Penn State University) поместила крошечных синтетических нанороботов в живые человеческие клетки и при помощи ультразвуковых колебаний и магнитных полей заставила их двигаться по назначенным траекториям, вращаться и выполнять некоторые примитивные операции. Разработанная технология еще далека от того, что является сюжетом известного научно-фантастического фильма «Фантастическое путешествие /Fantastic Voyage», но ее можно уже рассматривать как одно из первых к нему приближений. Нанороботы, представляющие собой крошечные полиметаллические цилиндры, длиной 3 микрометра и диаметром 300 нанометров, перемещаясь и вращаясь внутри клеток, сталкиваются с клеточной мембраной и внутренними частями клеток, провоцируя их на выполнение определенных действий.
«Столкновения нанороботов с элементами внутренней структуры клеток провоцирует некоторые реакции этих клеток. Эти реакции могут иметь механическую и химическую природу, и большинство из этих реакций еще никому не приходилось наблюдать воочию» — рассказывает Том Маллоук (Tom Mallouk), профессор физики и химии материалов Пенсильванского университета, — «Наши исследования являются яркой демонстрацией того, что можно сделать при помощи крошечных нанороботов и как эти нанороботы могут помочь ученым в исследованиях из области цитобиологии. В будущем, я надеюсь, мы сможем использовать подобных нанороботов для лечения рака и других заболеваний, для проведения неинвазивных внутриклеточных хирургических операций и для высокоточной доставки лекарственных препаратов к месту назначения».
До последнего времени все исследования, связанные с нанороботами и технологиями их управления, производились исключительно «в пробирке» в лабораторных условиях. Первые нанороботы были созданы группой из Государственного университета Пенсильвании около десяти лет назад. «Наши наноботы первого поколения требовали использования топлива, состоящего из токсичных веществ. Эти наноботы не могли перемещаться в жидкостях биологического происхождения, что не позволяло нам изучать их поведение и возможности поведения внутри живых клеток» — рассказывает профессор Маллоук, — «В те времена это являлось непреодолимым препятствием, но после того, как было обнаружено, что управлять наноботами можно при помощи ультразвуковых волн, мы получили «открытые двери» внутрь живых клеток».
Во время экспериментов ученые использовали HeLa-клетки, бессмертные клетки рака шейки матки, которые очень часто используются в подобных исследованиях. После того, как эти клетки поглотили наноботов, ученые активировали их при помощи потоков направленного ультразвукового излучения и заставили двигаться. Сами по себе движущиеся нанороботы не оказывали никакого воздействия на клетку, но после того, как мощность излучения была увеличиваться он начали вращаться и сталкиваться с внутриклеточными органеллами, отдельными органами клетки, выполняющими различные функции. Управляя движениями нанороботов, ученые оказались способны выборочно активировать те или иные функции клетки, а в некоторых случаях, разрушить клеточную мембрану, что стало причиной смерти злокачественной клетки.
При помощи импульсов ультразвуковых колебаний, частотой около 4 МГц, ученые могут заставить наноботов вращаться или перемещаться на небольшие расстояния, а для движения на более длинные дистанции используется внешнее магнитное поле определенной конфигурации. Комбинация этих двух управляющих факторов позволяет реализовать управление каждым отдельно взятым наноботом или их небольшой группой, при помощи чего можно осуществить независимое выполнение различных задач отдельными наноботами.
«Возможность автономного перемещения является ключевым моментом нашей технологии, при помощи которой становится возможным разрушение одной отдельно взятой злокачественной клетки, не затрагивая находящихся рядом нормальных клеток» — рассказывает профессор Маллоук, — «Если вы хотите того, чтобы наноботы могли самостоятельно искать и разрушать только злокачественные клетки, им надо дать возможность передвигаться обособленно друг от друга. И реализация такой возможности является лишь первым шагом к реализации медицины в стиле «Фантастического путешествия», где нанороботы, самостоятельно перемещаясь внутри организма человека, обмениваясь данными друг с другом, смогут производить сложнейшие виды диагностики и выполнять операции по лечению обнаруженных заболеваний».
Источник:
