Российские учёные создали капсулы для точечной доставки белков в нервные клетки

Капсулы открывает лазер прямо внутри клетки, а белок выходит только там, куда направлен свет. Разработка может лечь в основу адресной терапии после травм мозга и спинного мозга.

Сколтех, научный центр LIFT и ФЦМН ФМБА создали капсулы, которые доставляют белки внутрь нервных клеток и высвобождают их по команде лазера. Так можно воздействовать на отдельные клетки, в том числе на глубине нескольких сотен микрометров. Результаты опубликованы в журнале Nature Scientific Reports.

Своё развитие клетки определяют по сигналам, которые получают: важны состав сигнальных белков, их концентрация и момент воздействия. Стандартные способы введения таких белков действуют сразу на все клетки ткани, а для нужного результата нужна точность для каждой клетки.

Капсула — частица диаметром около 1,7 мкм с полимерной оболочкой. Оболочка из полиаллиламина и полистиролсульфоната содержит золотые наностержни и флуоресцентные красители. Клетки захватывают такие частицы, хорошо удерживают в них белок и не страдают даже при большом количестве. Под видимым светом наностержни нагреваются, а красители образуют активные формы кислорода. Они разрушают оболочку, и белок выходит внутрь клетки.

Опыты шли на культуре предшественников нервных клеток. В капсулы помещали два белка: нейротрофический фактор мозга BDNF и транскрипционный фактор NeuroD1. BDNF увеличил число клеточных отростков, а NeuroD1 усилил их ветвление, и клетки стали напоминать ранние нейроны. Эффект ограничивался облучённой областью.

Дальше подход проверили на нейросфероидах — плотных агрегатах нейральных клеток. Для большей глубины использовали ближний инфракрасный свет. Двухфотонное возбуждение позволяет облучать очень малый объём, вплоть до одной клетки. Так высвобождение белка запускали в клетках на разной глубине, не затрагивая соседние. Повторное облучение с большей мощностью необратимо меняло цвет красителя, что помогало отмечать клетки с разрушенными капсулами и следить за ними.

По словам авторов, в капсулы можно загружать разные белки, поэтому подход подойдёт для разных задач: изучения взаимодействия клеток нервной системы и формирования нейронных сетей. В перспективе разработку могут применять для адресной терапии повреждений центральной нервной системы.

При травме спинного мозга повреждаются нейроны, и нарушаются двигательные функции. Собственные клетки-предшественницы после такой травмы в основном превращаются в глию и лишь изредка в нейроны. Поэтому перспективной считают стратегию направленного развития этих клеток в нейроны. Это могло бы восполнять утраченные нейроны без пересадки чужих клеток и ускорить реабилитацию пациентов.

О преимуществе разработки профессор, директор Центра био- и медицинских технологий Сколтеха и научный директор LIFT Глеб Сухоруков сказал так:

Сколтех