Квантумные точки, запрограммированные на свечение при ферментной активности

Исследователи из Центра биологических и экологических нанотехнологий (CBEN) при Университете Райс (Rice University) разработали «умный» маячок, размером в сотни раз меньшим, чем человеческая клетка, который запрограммирован на свечение только, когда его активирует специальная протеза. Тревожная экспрессия специальной протеазы является характерным признаком рака, атеросклероза и многих других заболеваний.

В сентябрьском выпуске журнала о биохимических и биофизических исследованиях группа ведущих авторов Дженифер Вест, Изабель Камерон - профессор биоинженерии и директор исследовательской биологической программы CBEN и Ребека Дрезек, профессор-ассистент биоинженерии и профессор-ассистент электрической и компьютерной инженерии, описывают разработку новой нанопробы для визуализации протеолитической активности в естественных условиях.

«Идея состоит в разработке «умной» наноструктуры, темной по своему природному состоянию, но загорающейся очень ярко в присутствии ферментной активности, присущей развитию определенных заболеваний»,- заявила госпожа Вест. «Другие группы используют помеченные нано-структуры, включая квантовые точки, для молекулярного отображения, однако они никогда не могли адекватно решить проблему, каким образом четкого различать сигналы «рак присутствует» и фонового свечения, которое возникает от нано-структур, которые не привязаны специально к молекулярным целям».

Технология, предложенная университетом Райс, решает эту сложную проблему путем использования нано-частиц, которые называются квантовые точки, которые испускают свечение в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR) - задней части спектра, который не имеет фонового компонента при биометрическом отображении. Кроме того, свет ближнего инфракрасного диапазона безболезненно проходит через кожу, мышцы и хрящи, таким образом, новые пробы могут вызывать тревогу докторов в отношении опухолей и других болезненных участков глубоко в теле без необходимости выполнения биопсии или инвазивной хирургии.

В конструкции зонда использована технология, которая называется «гашение», которая предполагает привязывание золотой нано-частицы к квантумной точке для подавления свечения. Связующее звено, пептидная цепочка, длиной лишь несколько нанометров или одна миллиардная метра, удерживает золото достаточно близко для предотвращения свечения квантумной точки.

В системе тестирования команда университета Райс использовала пептидную связь, которая раскалывается ферментной коллагеназой. Исследователи вперые показали, что свечение квантовых точек было подавлено на более чем 70%, когда они были прикреплены к частичкам золота. Они оставались темными, пока наноструктура подвергалась воздействию коллагеназы, после чего свечение устойчиво восстанавливалось.

Наконец, исследователи надеются соединить попарно серию квантумных точек, каждую, имеющую уникальную NIR оптическую надпись, к метке сшивающей протеазы.

«В настоящее время имеется серьезная необходимость в методике одновременного отображения активности многочисленных протеаз в естественных условиях»,- заявила госпожа Дрезек. «Это важно не только для раннего установления некоторых заболений, но, что возможно, более важно - для понимания эффективности терапевтических воздействий, включая возрастающий поток лекарств, которые действуют как замедлители реакции. Что особенно важно в пробах отображения протеазы, которые описаны в настоящем исследовании, - сочетание улучшенной контрастности, которая достигаются посредством активируемой пробы, и преимущества отображажения, которое обеспечивается яркостью, светостабильностью и регулируемостью квантумных точек», как сообщает medicalnewstoday/.

Подготовила Наталия Екименкова