Дослідники з інституту Інтегративної Нанонауки і Технологічного університету Німеччини навчилися управляти сперматозоїдами і з їх допомогою здійснювати доставку ліків до клітин ракової пухлини. Попередню публікацію можна побачити на arXiv.org, – передає N+1.
За допомогою двофотонної 3D-нанолітографії вчені створили спеціальні конструкти – "тетраподи", які являють собою покриті найтоншим шаром заліза і титану порожні усічені конуси з чотирма рукоятками. Оптимальна геометрія їх була підібрана методами комп'ютерної симуляції. Такі конструкти змішують зі сперматозоїдами, в результаті чого головки сперматозоїдів закріплюються за допомогою рукояток всередині конусів. Рух отриманих сперматозоїдів в два рази повільніший звичайних, але його можна контролювати зовнішнім магнітом. По досягненню пухлини рукоятки від механічного зіткнення випускають сперматозоїди, їх мембрани зливаються з пухлинними клітинами, і лікарський засіб потрапляє всередину пухлини.
Схема експерименту: обробка сперматазоідов доксорубіцином, заключення в тетраподи і доставка ліків до пухлини
Вчені працювали з бичачими сперматозоїдами, оскільки вони мають схожу з людськими форму. Для додаткової активації клітин в середу додавали гормон прогестерон. В одному з експериментів сперматозоїди обробляли доксорубіцином, поширеним хіміотерапевтичних засобом, який ефективно і у великих кількостях проникав в їх головки, а потім змішували з "тетраподами".
Роботу отриманих конструктів тестували на штучних пухлинах – культурах людських клітин HeLa. Вже через добу такі сперматозоїди вбили близько половини культури, і в цілому показали велику ефективність доставки в порівнянні з простою обробкою ліками. В іншому експерименті використовувалося засіб FITC-BSA (він не веде до апоптозу клітин, але зате світиться) щоб подивитися на характер поширення ліків в пухлини, і підтвердили ефективне впровадження засобу всередину пухлинної тканини. Мабуть, воно забезпечується за рахунок рухливості сперматозоїдів і їх здатності розщеплювати гіалуронову кислоту, що міститься в позаклітинних структурах.
Використання сперматозоїдів для доставки лікарських засобів дозволить уникнути токсичного ефекту, який властивий іншим подібним методам. Сперматозоїди не розпізнаються організмом як патогени і не здатні самі по собі розмножуватися, як це часто відбувається з бактеріями. Крім того, вони досить стабільні, здатні доставляти до пухлини істотно більшу кількість речовини в порівнянні з мікрокапсулами і іншими наночастинками, і довго можуть жити в чужому організмі. Надалі, сподіваються вчені, вони можуть бути використані для лікування не тільки онкологічних захворювань статевої системи, а й інших хвороб, таких, як запальні процеси в малому тазу або ендометріоз.
Сперматозоїди – найменші клітини в організмі людини; на відміну від більшості інших, вони здатні активно і самостійно переміщатися в просторі. Сперматозоїд складається з голівки, середньої частини і хвоста. Рух сперматозоїда відбувається за рахунок роботи скупчення мітохондрій (мітохондріона), розташованого в середній частині і поставляє енергію для руху хвоста. Хвіст має цитоскелет, представлений мікротрубочками. В організмі господаря сперматозоїди практично не ворушаться, проте потрапивши в інший організм, вони починають активно обертатися навколо власної осі і просуватися вперед. Швидкість руху сперматозоїда може досягати тридцяти сантиметрів на годину, але він сповільнюється з часом. Для запліднення сперматозоїдів потрібно пройти близько двадцяти сантиметрів, і це відбувається, в середньому, через 1-2 години після еякуляції.
Головні теми