Биологи научились убивать отдельные клетки при помощи магнитного поля

7 октября 2012 года

Корейские биологи создали наночастицы из оксидов цинка и железа, включающие биологическую программу самоуничтожения в отдельных клетках тела, что позволит использовать подобные методы для уничтожения самых стойких раковых опухолей, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Materials.

Значительная часть раковых опухолей в организме человека и других животных возникает из-за поломки в гене p53. Этот участок ДНК отвечает за синтез особого белка, который следит за целостностью генетической информации в ядре клетки и включает механизм самоуничтожения - апоптоз - при серьезных поломках. Культуры клеток с поврежденным геном p53 крайне сложно уничтожить биологическими методами из-за отсутствия "программы самоуничтожения" в их геноме.

Группа биологов под руководством Чинву Чхона (Jinwoo Cheon) из университета Йонсей в Сеуле (Корея) смогла обойти "неуязвимость" раковых клеток к апоптозу с помощью наночастиц из оксидов цинка и железа и присоединенных к ним молекул антител.

Как объясняют ученые, раковые клетки зачастую сохраняют на своей поверхности так называемые рецепторы смерти. Эти рецепторы соединяются с особыми белковыми антителами из семейства TRAIL, и при достаточно высокой концентрации антител они включают механизм самоуничтожения клетки, независимый от белка-стража p53. Антитела TRAIL очень быстро разрушаются во внеклеточной среде, что делает их применение в медицинских целях практически невозможным.

Чхон и его коллеги нейтрализовали этот недостаток, присоединив "хрупкие" молекулы антитела DR4 к наночастицам из оксидов цинка и железа. Такие наночастицы обладают чрезвычайно высокой чувствительностью к магнитному полю, что позволяет перемещать их по кровеносным сосудам или культуре клеток при помощи электромагнитов.

Ученые собрали небольшое количество наночастиц и попытались уничтожить часть колонии раковых клеток, извлеченных из толстой кишки человека. В отсутствии магнитного поля концентрация антител к DR4 была слишком низкой для инициации самоуничтожения клеток. При появлении магнита частицы скапливались в той точке культуры, на которую он был направлен, и соединялись с рецепторами на поверхности раковых клеток. Через несколько часов большая часть культуры в этой точке самоуничтожилась.

Убедившись в эффективности своего изобретения, Чхон и его коллеги проверили его работу на живом организме. Они вырастили нескольких зародышей рыбы-зебры (Danio rerio), ввели в их тело порцию наночастиц и дождались появления мальков. Биологи разделили популяцию на две группы, одна из которых жила в условиях сильного магнитного поля, а вторая - в обычном аквариуме.

Через четыре часа после начала эксперимента хвосты рыб-зебр из первой группы начали загибаться вверх. По словам ученых, деформация произошла из-за обширных областей апоптоза в тканях хвоста. Другие части тела рыбы не были затронуты этим процессом, что подтвердило способность наночастиц запускать программу самоуничтожения в отдельных областях тела позвоночных животных.

Как полагают Чхон и его коллеги, подобные наночастицы и специально подобранные белки из семейства TRAIL могут быть использованы для борьбы с раком в ближайшем будущем. Тем не менее, такие препараты должны пройти все лабораторные и клинические тесты, на завершение которых потребуется несколько лет.