Физическая деформация клетки поможет преодолеть клеточную мембрану

У современной биологии есть много способов ввести в живую клетку нужную учёным частицу или молекулу — например, нуклеиновую кислоту. Однако все они не вполне совершенны и чреваты ненужными побочными эффектами. Так, когда исследователи используют для переноса нуклеиновых кислот модифицированные вирусные частицы, есть опасность, что в клеточную ДНК встроится кусок вирусного генома. В лабораторных условиях это ещё допустимо, но в клинических исследованиях неприемлемо.

Другой вариант — упаковка ДНК или РНК в синтетические наночастицы или присоединение к нуклеиновым молекулам белка, который протащил бы их через клеточную мембрану. Но в этом случае всё сильно зависит от типа клетки, и универсального перевозчика-носителя придумать не получается. Кроме того, подобные наночастицы часто оседают в эндосомах и в таком виде вообще могут оказаться токсичными для клетки.

Самый простой способ, электропорация, предполагает «продырявливание» мембраны с помощью электрического разряда. В образовавшиеся поры могут проникнуть и наночастицы, и макромолекулы, но электропорация небезопасна для клетки, да и сам молекулярный груз, который должен в неё попасть, способен повредиться от такой обработки.

Клетки в деформирующем капилляре (фото авторов работы).

Новый метод «прохождения через мембрану», описанный в журнале PNAS, как будто избавлен от описанных недостатков. Исследователи из Массачусетского технологического института (США) предлагают создавать временные отверстия в мембране, пропуская клетку через чрезвычайно узкий канал. Был создан микрочип, на котором размещалось 40-70 крохотных канальцев. Суспензия клеток на высокой скорости проходила через эти канальцы, каждый из которых был на 30-80% уже диаметра клетки. Это, однако, не наносило клеткам никакого непоправимого вреда, и после манипуляции они продолжали нормально работать.

Но при протискивании клетки через канал в её мембране открывались временные поры, в которые могли проникнуть макромолекулы и наночастицы из окружающего раствора. С помощью этого метода исследователи вводили клеткам белки, которые используются для перепрограммирования клеток в стволовые, и по сравнению с другими способами эффективность микроканальцев была выше в 10, а то и в 100 раз. Точно такой же результат получался, когда в клетки вводили углеродные нанотрубки и наночастицы с квантовыми точками. Стоит также заметить, что метод капилляров работал с самыми разными типами клеток: по словам учёных, они протестировали его более чем на дюжине видов клеток, как человеческих, так и животных.

Итак, удалось создать метод введения в клетку макромолекул, у которого эффективность сочетается с аккуратностью: с одной стороны, макромолекулы гарантированно проникают внутрь, с другой — сами клетки остаются в живых. Ну а перечень того, где такие микрокапилляры могут найти применение, столь обширен, что даже в самом кратком виде займёт больше места, чем описание самого метода.

Подготовлено по материалам MIT News.