Имплантат узнаёт и отбирает клетки из кровотока

Представьте себе маленькое терапевтическое устройство, помещённое в кровоток, которое отбирает из него определённые клетки и накапливает их или просто передаёт им некий биохимический сигнал. Неужели опять нанобот? Нет. Перед нами продукт биоинженерии: виртуозная комбинация правильных веществ в правильном месте.
Учёные вплотную подошли к созданию серийного имплантата, который сможет выборочно работать с нужными клетками, плывущими в потоке внутри кровеносных сосудов (иллюстрация CellTraffix).
Учёные вплотную подошли к созданию серийного имплантата, который сможет выборочно работать с нужными клетками, плывущими в потоке внутри кровеносных сосудов (иллюстрация CellTraffix).
Серийный аппарат, пока не имеющий какого-то особенного названия, проектируется с таким расчётом, чтобы он умел определять в кровотоке целевые клетки (это могут быть клетки иммунной системы, раковые или стволовые клетки) и проводить с ними необходимые манипуляции. Устройство должно посылать отобранным клеткам некие команды (посредством биохимических сигналов), захватывать нужные для последующего использования в другом месте (или для "перепрограммирования"), или даже уничтожать раковые.

Это удивительное устройство может быть выполнено в виде некоего микроскопического объекта, введённого в сосуд, либо как шунт, через который направляется поток крови. Оно должно помочь медикам в лечении целого ряда заболеваний, или в их диагностике. При этом "клеточный селекционер" должен выпускаться серийно.

Майкл Кинг. Справа: набор снимков, показывающих некоторые из его прошлых опытов по сбору определённых клеток при помощи устройства с покрытием из селектина (фотографии с сайта rochester.edu).
Майкл Кинг. Справа: набор снимков, показывающих некоторые из его прошлых опытов по сбору определённых клеток при помощи устройства с покрытием из селектина (фотографии с сайта rochester.edu).
Такова смелая цель американской компании CellTraffix, которая и финансирует данное исследование группы учёных. Ключевые фигуры проекта: Майкл Кинг (Michael King) из университета Рочестера (University of Rochester), являющийся также научным консультантом CellTraffix и автором устройства выборочного захвата клеток из кровотока, Джеффри Карп (Jeffrey Karp) из отделения медицинских наук и технологий Гарварда-МТИ (Harvard-MIT Health Sciences and Technology) и Сынпхё Хон (Seungpyo Hong) из Массачусетского технологического института (MIT).

Кажется, что для выявления в потоке клеток нужного типа микромашине потребуется нечто вроде искусственного интеллекта. Но нет, механизм селекции клеток тут основан исключительно на биохимии. Авторы этой системы решили имитировать в искусственном аппарате природный процесс, идущий в наших собственных сосудах и капиллярах. Его называют "перекатка клеток" (cell rolling), а заключается он в том, что вблизи стенок сосуда определённые клетки резко замедляются и начинают прокатываться вдоль стенки, а порой — останавливаются.

Джеффри Карп (фото с сайта mit.edu).
Джеффри Карп (фото с сайта mit.edu).
Что происходит при этом? Тут работает вовсе не физическое трение, а специфические белки, называемые селектины (P— и E-селектины, и другие). Их в определённых ситуациях начинают вырабатывать клетки эпителия, выстилающие стенки сосуда. Селектины содержат молекулярные структуры, комплиментарные структурам на поверхности тех клеток крови, которых эти белки должны вылавливать из кровотока. За счёт химических связей между этими структурами и происходит приклеивание.

А дальше? К примеру, определённый селектин начинают выделять сосуды, находящиеся в ткани, заражённой инфекцией. Оказавшиеся рядом лейкоциты связываются с этими веществами, останавливаясь у стенки сосуда. А тут уже белая клетка крови покидает русло, попадая в смежную с сосудом ткань, что и требуется для защиты органа от инфекции.

Микросферы, снабжённые
Микросферы, снабжённые "лучами" — специфическими молекулами, прокатываются по поверхности устройства, состоящего из подложки (внизу) и закреплённого на ней белка-селектина (красные дуги) (иллюстрация Seungpyo Hong, MIT).
Кинг решил, что если научиться воспроизводить такой захват клеток из потока, можно будет затем делать с этими клетками что потребуется — хоть управлять их работой, хоть просто убивать. Чтобы проверить, как это будет работать, группа Карпа нанесла на поверхность стекла P-селектин и пустила по стеклу раствор с клетками. Как и следовало ожидать, селектин начал вылавливать из потока те клетки, на которые он был рассчитан.

Увы, такое белковое покрытие оставалась стабильным лишь несколько часов, а затем разрушалось. В имплантате же захват клеток должен работать недели и даже месяцы, иначе пациентам придётся постоянно наведываться в госпиталь для замены устройства.

Сынпхё Хон (фото с сайта mit.edu).
Сынпхё Хон (фото с сайта mit.edu).
Выход был найден совсем недавно. Оказалось, что хорошую адгезию селектина к стеклу обеспечивает полиэтиленгликоль (PEG). При этом данное вещество не реагирует с другими белками и не захватывает их. Для имплантата – то что нужно.

Для испытания нового покрытия группа Карпа создала стеклянные микросферы, снабжённые "по кругу" молекулами, связывающимися с P-селектином. Эти микросферы играли роль целевых клеток крови. Поток с такими шариками пускали вдоль поверхности стекла, обработанного селектином и полиэтиленгликолем. Шарики резко тормозились и начинали катиться, опираясь на селектин. Причём этот эффект оставался стабильным в течение четырёх недель непрерывного теста.

Принцип уничтожения раковых клеток (показаны зелёным) новым устройством: селектин (Y), замедляет клетки в кровотоке. Раковые клетки при этом попадают к стенке устройства, где вступают в контакт со специфической молекулой (синий треугольник), включающей в клетке апоптоз, в результате чего та погибает за 2-4 дня. Стрелками показан кровоток и перекатка клеток (иллюстрация с сайта rochester.edu).
Принцип уничтожения раковых клеток (показаны зелёным) новым устройством: селектин (Y), замедляет клетки в кровотоке. Раковые клетки при этом попадают к стенке устройства, где вступают в контакт со специфической молекулой (синий треугольник), включающей в клетке апоптоз, в результате чего та погибает за 2-4 дня. Стрелками показан кровоток и перекатка клеток (иллюстрация с сайта rochester.edu).
Далее учёные проверили устройство захвата на клетках-нейтрофилах (это разновидность лейкоцитов). Покрытие также успешно отработало целый месяц.

Следующий шаг исследователей — добавление к связке PEG-селектин терапевтических агентов, взаимодействующих с отобранными клетками.

Таким специфическим агентом, при необходимости, может быть соединение, являющееся для клетки сигналом, который активирует апоптоз – самоубийство клетки. И если устройство захвата будет ловить раковые клетки, распространяющиеся по кровотоку — такой имплантат сможет очищать от них кровь, замедляя или останавливая развитие страшной болезни.

Другой вариант исполнения позволит проводить клеточную терапию: устройство выявит в кровотоке стволовые клетки и подаст им сигнал на дифференциацию в определённый тип. Или просто накопит их для извлечения, очищения и внедрения в другом месте, тому же пациенту.

Теперь эту концепцию предстоит проверить в опытах на животных. И первые такие эксперименты, с имплантацией прототипа устройства живым крысам, уже выполнены.

Как сообщает CellTraffix, возможность захвата стволовых клеток взрослой особи прямо из её кровотока доказана. А значит, сделан ещё один шаг на пути к появлению новой технологии на рынке и к созданию целого ряда родственных устройств, которые найдут себе работу в медицине и биологических исследованиях.

Кроме того...
Очки и линзы.
Очки в нашем мире считаются одним из атрибутов умного человека. Однако, немногие знают, когда они были изобретены и почему разным людям нужны...
Японцы вырастили настоящую голубую розу
Ученые, работающие на японскую компанию, производящую виски, создали… голубые розы....
На Ставрополье нашли уникальный скелет ископаемого слона
В Ставропольском крае обнаружен скелет...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Золотые наностержни расстреливают опухоль
Золотые наностержни расстреливают опухоль Золотые наностержни расстреливают опухоль
Золотые наностержни при слабом нагреве могут «вспучить» мембрану клетки опухоли, запустив тем самым механизм ее самоуничтожения
"Химическая память" молекул
"Химическая память" молекул "Химическая память" молекул
Ученые обнаружили, что молекулы и клетки могут "помнить", с какими веществами и как они взаимодействовали. "Память" молекул влияет на их дальнейшее поведение, сообщает Технологический институт Джорджии (ТИД), США
Клей, способный клеить буквально все
Клей, способный клеить буквально все Клей, способный клеить буквально все
Университет Норсвестерн Northwestern University сообщил о создании нового типа клея, который способен клеить буквально все. В том числе и один из самых "скользких" материалов мира - тефлон
Последние достижения в биомедицине
Последние достижения в биомедицине Последние достижения в биомедицине
Представляем вам данные о последних достижениях в области генной инженерии и других методах биомедицины
Карманные суперкомпьютеры
Карманные суперкомпьютеры Карманные суперкомпьютеры
Профессор Эдинбургского университета (Шотландия) Майкл Зайсер полагает, что при сохранении текущих темпов развития отрасли информационных технологий суперкомпьютеры, помещающиеся на ладони
Очки с виртуальным экраном
Очки с виртуальным экраном Очки с виртуальным экраном
Солнцезащитные очки Informance, разработанные для профессиональных атлетов
"Пожиратель машин" выставлен на аукцион
"Пожиратель машин" выставлен на аукцион "Пожиратель машин" выставлен на аукцион
На автомобильном аукционе в Скоттсдейле (штат Аризона) выставлен необычный лот 1989 года выпуска. Это Robosaurus – похожий на тиранозавра огромный робот
Гибрид мобильника и Skype-телефона
Гибрид мобильника и Skype-телефона Гибрид мобильника и Skype-телефона
Компания Skype совместно с оператором мобильной связи 3 начинает продажи гибридного телефонного аппарата Skypephone, позволяющего совершать звонки через сети сотовой связи, а также сеть IP-телефонии Skype
Какие секреты скрывает NASA?
Какие секреты скрывает NASA? Какие секреты скрывает NASA?
Бывшие сотрудники американского космического агентства NASA Ричард Хоугленд (Richard C. Hoagland) и Кен Джонстон (Ken Johnston) обнародовали секретные данные
Пересмотрена конструкция суборбитального челнока Rocketplane XP
Пересмотрена конструкция суборбитального челнока Rocketplane XP Пересмотрена конструкция суборбитального челнока Rocketplane XP
Американская компания Rocketplane в лице своей дочерней фирмы Rocketplane Global пересмотрела дизайн собственного суборбитального туристического челнока, развиваемого с 2004 года
Темной материи, возможно, не существует
Темной материи, возможно, не существует Темной материи, возможно, не существует
Астрономы из Университета штата Аризона (University of Arizona), США, наблюдали столкновение двух групп галактик в Пулевидном скоплении (Bullet Cluster), отстоящем от Земли на 3 миллиарда световых лет
Самая массивная из ранее найденных звездных черных дыр
Самая массивная из ранее найденных звездных черных дыр Самая массивная из ранее найденных звездных черных дыр
Астрономы обнаружили черную дыру, масса которой превышает солнечную в 24-33 раза. По словам физиков, в теории такой массивный объект с такой высокой плотностью невозможен, однако он существует
Викинги носили алые шелка и блестки
Викинги носили алые шелка и блестки Викинги носили алые шелка и блестки
Викинги на самом деле одевались намного ярче, чем считается, сообщает РИА "Новости" со ссылкой на интервью археолога Анники Ларссон (Annika Larsson) из Уппсальского университета (Upssala University), Швеция
Имплантат узнаёт и отбирает клетки из кровотока
Имплантат узнаёт и отбирает клетки из кровотока Имплантат узнаёт и отбирает клетки из кровотока
Представьте себе маленькое терапевтическое устройство, помещённое в кровоток, которое отбирает из него определённые клетки и накапливает их или просто передаёт им некий биохимический сигнал. Неужели опять нанобот? Нет
Микроворсинки необходимы для полноценного осязания
Микроворсинки необходимы для полноценного осязания Микроворсинки необходимы для полноценного осязания
Микроворсинки, покрывающие поверхность некоторых типов клеток, выполняют неизвестную ранее функцию – они участвуют в формировании чувства осязания
Тело: формула совершенства
Тело: формула совершенства Тело: формула совершенства
Кажется, что звезды современного спорта могут почти все. Существует ли предел физических возможностей человека? Мы расскажем о том, как люди становятся суперменами большого спорта
Картина гибели динозавров получила существенное уточнение
Картина гибели динозавров получила существенное уточнение Картина гибели динозавров получила существенное уточнение
Деканская трапповая провинция (Deccan Traps) на плато Декан в Индии — и есть то самое "дымящееся дуло", остывшее оружие, которое некогда погубило динозавров
Ученики Макиавелли: человек и макака
Ученики Макиавелли: человек и макака Ученики Макиавелли: человек и макака
Дарио Местрипьери (Dario Maestripieri), профессор Университета Чикаго (University of Chicago)
Фотосинтез "дерева без листьев"
Фотосинтез "дерева без листьев" Фотосинтез "дерева без листьев"
Разгадана загадка "колон из Гильбоа", "загадочных стелл" или "деревьев без листьев" -- странных девонских окаменелостей, столбообразных стволов без листьев. Понимание того, как фотосинтезировали эти растения
Пульт дистанционного управления
Пульт дистанционного управления Пульт дистанционного управления
Именно эта коробка с кнопками кардинально изменила жизнь человечества, сделав нас ленивее и аморфнее
Топ-14 самых дорогих вещей из мира техники и гаджетов
Топ-14 самых дорогих вещей из мира техники и гаджетов Топ-14 самых дорогих вещей из мира техники и гаджетов
Предлагаем вашему вниманию интересный Топ-14 самых дорогих вещей из мира техники и гаджетов. Кто бы мог подумать

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Тело: формула совершенстваТело: формула совершенства
    Кажется, что звезды современного спорта могут почти все. Существует ли предел физических возможностей человека? Мы расскажем о том, как люди становятся суперменами большого спорта
  • Викинги носили алые шелка и блесткиВикинги носили алые шелка и блестки
    Викинги на самом деле одевались намного ярче, чем считается, сообщает РИА "Новости" со ссылкой на интервью археолога Анники Ларссон (Annika Larsson) из Уппсальского университета (Upssala University), Швеция
  • Имплантат узнаёт и отбирает клетки из кровотокаИмплантат узнаёт и отбирает клетки из кровотока
    Представьте себе маленькое терапевтическое устройство, помещённое в кровоток, которое отбирает из него определённые клетки и накапливает их или просто передаёт им некий биохимический сигнал. Неужели опять нанобот? Нет
  • Микроворсинки необходимы для полноценного осязанияМикроворсинки необходимы для полноценного осязания
    Микроворсинки, покрывающие поверхность некоторых типов клеток, выполняют неизвестную ранее функцию – они участвуют в формировании чувства осязания
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Последние достижения в биомедицинеПоследние достижения в биомедицине
    Представляем вам данные о последних достижениях в области генной инженерии и других методах биомедицины
  • Клей, способный клеить буквально всеКлей, способный клеить буквально все
    Университет Норсвестерн Northwestern University сообщил о создании нового типа клея, который способен клеить буквально все. В том числе и один из самых "скользких" материалов мира - тефлон
  • "Химическая память" молекул"Химическая память" молекул
    Ученые обнаружили, что молекулы и клетки могут "помнить", с какими веществами и как они взаимодействовали. "Память" молекул влияет на их дальнейшее поведение, сообщает Технологический институт Джорджии (ТИД), США
  • Золотые наностержни расстреливают опухольЗолотые наностержни расстреливают опухоль
    Золотые наностержни при слабом нагреве могут «вспучить» мембрану клетки опухоли, запустив тем самым механизм ее самоуничтожения
  • Техника
  • Карманные суперкомпьютерыКарманные суперкомпьютеры
    Профессор Эдинбургского университета (Шотландия) Майкл Зайсер полагает, что при сохранении текущих темпов развития отрасли информационных технологий суперкомпьютеры, помещающиеся на ладони
  • Гибрид мобильника и Skype-телефонаГибрид мобильника и Skype-телефона
    Компания Skype совместно с оператором мобильной связи 3 начинает продажи гибридного телефонного аппарата Skypephone, позволяющего совершать звонки через сети сотовой связи, а также сеть IP-телефонии Skype
  • Очки с виртуальным экраномОчки с виртуальным экраном
    Солнцезащитные очки Informance, разработанные для профессиональных атлетов
  • "Пожиратель машин" выставлен на аукцион"Пожиратель машин" выставлен на аукцион
    На автомобильном аукционе в Скоттсдейле (штат Аризона) выставлен необычный лот 1989 года выпуска. Это Robosaurus – похожий на тиранозавра огромный робот
  • Космос
056