Блуждающие квантовые точки высвечивают диагноз
Медики в далеком прошлом грезили обнаружить болезни, только посмотрев на больного. Но не призывать же в важные учреждения «ясновидящих» и людей-рентгенов?
Но научная альтернатива такому обследованию имеется – это светящиеся наночастицы, путешествующие по кровеносным сосудам.
Учёные из департамента биомедицинской инженерии (Department of Biomedical Engineering), созданного совместно американским университетом Эмори (Emory University) и технологическим университетом Джорджии (Georgia Institute of Technology), создали новый класс так называемых «квантовых точек», талантливых обнаружить и наглядно отображать положение злокачественной опухоли в живом организме.
Квантовые точки – это кристаллы полупроводников нанометрового размера, каковые имеют неповторимые химические и физические особенности, не характерные для тех же веществ в макромасштабе.
«Если вы дробите леденец на две части, любая часть будет всё ещё сладкой. Но если вы продолжите разделение, пока не достигаете масштаба нанометров, полученные части будут хорошими по вкусу и владеть различными особенностям», — растолковывает доктор наук Шумин Не (Shuming Nie), фаворит изучения.
К примеру, крупинки золота нанометрового масштаба не жёлтые, а красные.
Но нас интересует второе свойство, характерное как раз для нанокристаллов полупроводников. Это интенсивная люминесценция в ответ на облучение с определённой частотой.
Его-то учёные и применяют для визуализации и нахождения опухоли.
Доктор наук Шумин Не растолковывает, что сложнейшее определение правильной дислокации опухоли сейчас возможно совершить всего лишь впрыснув больному раствор наночастиц (фото с сайта whsc.emory.edu).
Дело в том, что опухоли выращивают дополнительные кровеносные сосуды, и совокупность этих сосудов весьма пористая и разветвлённая, что разрешает микроскопическим кристалликам в ней накапливаться.
Таковой процесс визуализации злокачественного образования именуют пассивным. Но имеется и второй путь — деятельный.
Он даёт более стремительные и основное — более правильные результаты.
Квантовые точки смогут быть химически связаны с биологическими молекулами типа антител, пептидов, белков либо ДНК. И эти комплексы смогут быть спроектированы так, дабы обнаруживать другие молекулы, обычные для поверхности раковых клеток.
Такие соединения Шумин Не именует биосопряжёнными квантовыми точками (bioconjugated quantum dots).
В данном опыте нанометровые кристаллы селенида кадмия были соединены со своеобразным антителом, реагирующим с молекулой-антигеном на поверхности клеток опухоли, привитой мышам.
Так выглядит скопление различных квантовых точек, облучаемых лазером (фото с сайта indiana.edu).
В прошлых похожих изучениях, биологи сталкивались с проблемой: квантовые точки, введённые в организм, появились недолговечными.
Необходимо было отыскать метод обезопасисть их каким-то щитом, одновременно с этим, сохраняя все их способности по высвечиванию и обнаружению опухоли. Это и удалось группе учёных из Атланты.
Частицы-индикаторы окутали уникальным покрытием, названным ABC триблок сополимер. Капсулирование наночастиц без утраты их рабочих функций – один из главных моментов работы Не, отличающих её от родных по теме изучений вторых физиков и биологов.
Именно это недавнее изобретение группы Не придало её работе замечательный импульс, поскольку с квантовыми точками в качестве биоиндикаторов Не работает не первый год.
Покрытие защищало, с одной стороны, сами квантовые точки от «нападения» ферментов и других биологических молекул, а с другой — не давало возможности ионам и ядовитому кадмию селена «освободиться» и попасть в организм. Что также принципиально важно, в случае если вести обращение о диагностике болезней у людей.
Квантовые точки вводили в кровеносную совокупность мышей, которая разносила их по организму.
Кристаллы попадали в опухоль, и накапливались в том месте (и фактически нигде больше), в следствии чего её (опухоль) легко возможно было найти визуально, посветив замечательной ртутной лампой.
Эти точки дают намного более замечательный отблеск света, чем использовавшиеся ранее для схожих целей маркеры – особые красители либо флуоресцентные белки.
Увидим, в данном опыте опухоль была близка к поверхности кожи. Значит, экспериментаторы себе задачу?
А вдруг опухоль расположена глубже?
Нанокристалл селенида кадмия диаметром всего в пятнадцать атомов (иллюстрация с сайта evidenttech.com).
Биологи говорят, что легко спроектировать квантовые точки, дающие отклик на любой длине волны, к примеру, в ближнем инфракрасном спектре. Тогда возможно будет обнаружить опухоли, скрытые глубоко в тела.
Помимо этого, определённые наночастицы смогут давать характерный отклик при магниторезонансной томографии.
На этом аппетиты авторов идеи не ограничиваются. В организм возможно вводить пара типов точек, говорят они.
Эти частицы будут фиксировать появление разных биомолекул либо ангигенов и, так, обнаружить участки со своеобразным сочетанием показателей заболевания.
Данный процесс мультиплексирования может значительно расширить возможности диагностики. Так как возможно сконструировать тысячи и сотни разновидностей квантовых точек, соединяющихся в организме со строго вычисленными ДНК.
Их свечение в одном месте очевидно укажет на заболевание подобно тому, как милицейский находят преступника по подробному описанию – «рост 170, вес 78, глаза карие, волосы каштановые…». Чем больше типов биосопряжённых наночастиц попало в кровоток – тем выше точность диагноза.
Не подобрал целую палитру световых откликов, каковые будут отличать одни частицы от вторых. К слову, данный момент кардинально отличает наномаркеры от органических пигментов, каковые не смогут трудиться в смеси – так как цвет кроме этого смешивается.
Растворы квантовых точек выглядят, как подкрашенная водичка (фото с сайта evidenttech.com).
И вместо, предположим, красного, светло синий и лимонного получается какой-то «серобуромалиновый» цвет, ни о чём не говорящий наблюдателям.
Квантовые же точки сохраняют личный отклик, чётко различимый устройствами, кроме того будучи сваленными «в кучу».
Предстоящие замыслы исследователей выглядят ещё заманчивее. Новые квантовые точки, соединённые с комплектом биомолекул, будут не только обнаружить опухоль и индицировать её, но и поставлять совершенно верно на место новые поколения лекарств.
Быть может, что именно это приложение нанотехнологии окажется самым родным к практической и массовой реализации из того, что мы видели в лабораториях сейчас.
Любопытно, а ведь как раз доктор наук Не, ещё во второй половине 90-ых годов двадцатого века предвещал в собственной публикации в издании Science, что первое использование на практике нанотехнология отыщет как раз в медицине и биологии.
