Сперматозоид (схематичное изображение). Фото: Anna Tanczos, Wellcome Images / flickr
Исследователи из института Интегративной Нанонауки и Технологического университета Германии научились управлять сперматозоидами и с их помощью осуществлять доставку лекарств к клеткам раковой опухоли. Предварительную публикацию можно увидеть на arXiv.org, – передает N+1.
С помощью двухфотонной 3D-нанолитографии ученые создали специальные конструкты — "тетраподы", которые представляют из себя покрытые тончайшем слоем железа и титана пустые усеченные конусы с четырьмя рукоятками. Оптимальная геометрия их была подобрана методами компьютерной симуляции. Такие конструкты смешивают со сперматозоидами, в результате чего головки сперматозоидов закрепляются с помощью рукояток внутри конусов. Движение полученных сперматозоидов в два раза медленнее обычных, но его можно контролировать внешним магнитом. По достижению опухоли рукоятки от механического столкновения выпускают сперматозоиды, их мембраны сливаются с опухолевыми клетками, и лекарственное средство попадает внутрь опухоли.
Схема эксперимента: обработка сперматазоидов доксорубицином, заключение в тетраподы и доставка лекарства к опухоли
Ученые работали с бычьими сперматозоидами, поскольку они имеют сходную с человеческими форму. Для дополнительной активации клеток в среду добавляли гормон прогестерон. В одном из экспериментов сперматозоиды обрабатывали доксорубицином, распространенным химиотерапевтическим средством, который эффективно и в больших количествах проникал в их головки, а затем смешивали с "тетраподами".
Работу полученных конструктов тестировали на искусственных опухолях — культурах человеческих клеток HeLa. Уже через сутки такие сперматозоиды убили около половины культуры, и в целом показали большую эффективность доставки по сравнению с простой обработкой лекарством. В другом эксперименте использовалось средство FITC-BSA (оно не ведет к апоптозу клеток, но зато светится) чтобы посмотреть на характер распространения лекарства в опухоли, и подтвердили эффективное внедрение средства внутрь опухолевой ткани. По-видимому, она обеспечивается за счет подвижности сперматозоидов и их способности расщеплять гиалуроновую кислоту, содержащуюся во внеклеточных структурах.
Использование сперматозоидов для доставки лекарственных средств позволит избежать токсического эффекта, который свойственен другим подобным методам. Сперматозоиды не распознаются организмом как патогены и не способны сами по себе размножаться, как это часто происходит с бактериями. Кроме того, они достаточно стабильны, способны доставлять к опухоли существенно большее количество вещества по сравнению с микрокапсулами и другими наночастицами, и долго могут жить в чужом органимзе. В дальнейшем, надеются ученые, они могут быть использованы для лечения не только онкологических заболеваний половой системы, но и других болезней, таких, как воспалительные процессы в малом тазу или эндометриоз.
Сперматозоиды — самые маленькие клетки в организме человека; в отличие от большинства остальных, они способны активно и самостоятельно перемещаться в пространстве. Сперматозоид состоит из головки, средней части и хвоста. Движение сперматозоида происходит за счет работы скопления митохондрий (митохондриона), расположенного в средней части и поставляющего энергию для движения хвоста. Хвост имеет цитоскелет, представленный микротрубочками. В организме хозяина сперматозоиды практически не шевелятся, однако попав в другой организм, они начинают активно вращаться вокруг собственной оси и продвигаться вперед. Скорость движения сперматозоида может достигать тридцати сантиметров в час, но он замедляется с течением времени. Для оплодотворения сперматозоидам нужно пройти около двадцати сантиметров, и это происходит, в среднем, через 1-2 часа после эякуляции.