Клетки подчинились магниту

Учёные научились управлять работой клетки, не прикасаясь к ней и не посылая внутрь химических сигналов. Они прикрепили к её рецепторам нанокрупинки оксида железа. Намагничивая и размагничивая их, можно собирать рецепторы в пучок, запуская и останавливая биохимические реакции.

Ученым впервые удалось управлять реакциями в клетке с помощью физического, а не химического воздействия. Именно физические воздействия на ткани организма – более надежные, быстрые, неинвазивные и легко организуемые – рассматриваются в наши дни учеными, как наиболее перспективные биосенсорные технологии, терапевтические методики и другие микротехнологии, системным компонентом которых является живая плоть.

Применяя магнитное поле, ученые научились притягивать друг к другу микрогранулы специального состава, прикрепленные к специфическим рецепторам клетки. Таким образом, происходил запуск механизма засасывания клеткой кальция, остановка этого процесса и последующее возобновление.

Если этот метод контроля клетки удастся развить, он позволит контролировать состояние большого количества различных типов клеток и создать новые терапевтические методики, в которых и источником, и целью лекарственных средств будут сами клетки.

Руководитель проекта Дональд Ингбер, профессор Гарвардской медицинской школы, вместе со своими коллегами поставил эксперимент по биомагнитному управлению на одном из типов клеток, относящихся к иммунной системе организма, – на клетках, которые возбуждают аллергические реакции. Для этого он использовал наночастицы с ядром из оксида железа, которые прикреплялись к рецепторам клетки и имитировали антигены. Каждая частица, обладавшая еще и органически модифицированной частью, прикреплялась к единичному рецептору клетки.

Когда Ингбер подвергал клетки воздействию магнитного поля, наночастицы также становились магнитными и притягивались друг к другу, утягивая за собой и собирая в кластеры рецепторы, к которым были прикреплены. В результате иммунные клетки начинали засасывать кальций.

Произойди подобное событие в организме человека – запустилась бы цепная реакция, завершающаяся выделением клетками гистамина. После выключения магнитного поля наночастицы оксида железа возвращались на свои места, и засасывание кальция прекращалось.

Как отмечают учёные, многие очень важные клеточные рецепторы активируются аналогичным образом, поэтому подобным образом можно взять под контроль деятельность самого широкого круга клеток.

В своем комментарии к работе Ингбера биоинженер из Калифорнийского университета в Сан-Диего Шу Чиэнь отмечает, что понимание возможности не только направленного химического, но и направленного физического воздействия на работу клеток пришло к ученым не так давно. И Ингбер стал первым, кому это удалось.

Сам Ингбер уже видит несколько потенциальных применений своей методики контроля клеточной активности. Например, магнитные кардиостимуляторы, созданные на основе его методики, могут использовать клетки вместо электродов для регулярных посылов электрических импульсов к сердцу. Кстати, большинство лекарственных средств, от противораковых антител до гормональных, работают, активизируя те или иные клеточные рецепторы.

Кроме того, развитие методики может привести к созданию имплантируемых «фармацевтических фабрик», состоящих из большого количества различных типов клеток, каждый из которых способен производить определенный тип лекарств при воздействии магнитного поля. Ингбер, начавший цикл своих работ после предложения со стороны Агентства перспективного планирования научно-исследовательских работ Министерства обороны США, в то же время поспешил всех убедить в том, что ему удалось пройти только первый, самый маленький шаг. Ощутимые же результаты начатой работы, выражающиеся в конкретных изделиях, технологиях и продуктах, могут появиться не раньше, чем к середине нашего столетия.

Сам автор публикации и многие его коллеги признают, что, кроме прочего, эти работы могут позволить по-новому взглянуть на интерфейс, соединяющий живые системы и технические устройства, открывающий дорогу к созданию подлинно кибернетических систем.

Впрочем, для этого необходимо проделать массу работы по изучению клеточных откликов. Судя по всему, метод контроля клеточной активности, разработанный Ингбером в ближайшем будущем, позволит многим ученым получить принципиально важные данные о сигнальной системе различных типов клеток. Например, он может прояснить химическую и физическую цепочку последствий, запускаемых активацией того или иного рецептора и её итог, выражающийся ли в насасывании кальция, или же в изменении экспрессии того или иного гена, или в чем-то еще. По словам Чиэня, этот метод напоминает щекотку или пощипывания клеток, последствия которых легко проследить.

Результаты исследования представлены в Nature Nanotechnology.