Углеродные нанотрубки проходят сквозь клеточные стены

      Комментарии к записи Углеродные нанотрубки проходят сквозь клеточные стены отключены

Углеродные нанотрубки проходят сквозь клеточные стены

Возможности применения углеродных нанотрубок (УНТ) в медицине и биологии во многом связаны с их неповторимой свойством попадать через клеточную мембрану. Именно поэтому смогут быть созданы совокупности доставки разных молекул в клетку [1]

Но большая часть изучений, совершённых до сих пор, относится к клеткам животных. Создание неразрушающих совокупностей доставки в клетки растений также крайне важно как для научных изучений, так и для практических применений, к примеру, для ввода меток. Но в отличие от клеток животных практически все клетки растений имеют дополнительную оболочку – не считая мембраны они окружены еще и плотной клеточной стенкой из целлюлозы и полисахаридов.

Прочные клеточные стены являются опорой организму растений, но для доставки молекул вовнутрь таких клеток требуется применять сложные способы, к примеру, “генную пушку”, которая разгоняет микрочастицы с адсорбированными на них ДНК и выстреливает их в ткани растений. Не окажут помощь ли и тут углеродные нанотрубки?

Результаты, полученные китайскими учёными [2], говорят о том, что вправду на базе УНТ смогут быть созданы совокупности доставки разных молекул в клетки растений! В собственных опытах авторы сперва применяли суспензию оксидированных одностенных нанотрубок ОСНТ, к каким нековалентным методом была присоединена флуоресцентная метка FITC (fluorescein isothiocyanate). Протяженность нанотрубок не превышала 500 нм.

В стандартной среде роста в течение 2 ч при 26оС была совершена инкубация клеточной культуры табака (Nicotiana tobacum в наше время-2) с добавлением ОСНТ/FITC. C помощью конфокальной микроскопии авторы показали, что ОСНТ попадают в клетки растения – интенсивный флуоресцентный сигнал от FITC наблюдался в практически всех клеток (рис.1).

Рис. 1. Микрофотографии клеток BY-2 по окончании инкубации с ОСНТ: А – светлопольное изображение; В – флуоресцентное изображение; С- изображение, полученное способом дифференционно-интерференционного контраста при громадном повышении; D – флуоресцентное изображение при громадном повышении; Е – наложение С и D. (большая шкала 100 мкм для А и В и 10 мкм для С-Е)

Сигнал, зарегистрированный по окончании инкубации клеток в среде роста с тем же числом FITC, но без ОСНТ, был сравнимым с контрольным знаком от самих клеток (рис.2). Это указывает, что флуоресцеин преодолевает клеточные стены лишь посредством нанотрубок.

При повышении концентрации ОСНТ/FITC и длительности инкубации флуоресценция усиливалась. Но при низкой температуре (4оС) она была не сильный кроме того при большой длительности и высокой концентрации опыта. Это, согласно точки зрения авторов, свидетельствовало в пользу того, что ОСНТ пробрались в клетку посредством эндоцитоза*, т.к. в растениях при низких температурах он блокирован.

Механизм эндоцитоза в клетках растениях осознан далеко не так прекрасно, как для животных клеток, и авторы совершили дополнительную диагностику. Перед инкубацией они обработали клетки известным ингибитором эндоцитоза в растениях. Это стало причиной понижению флуоресценции ОСНТ/FITC на 64%, другими словами подтвердило их догадку.

Так, ученые показали, что ОСНТ способны попадать через стены клеток. Принципиально важно подчернуть, что FITC послужил не только флуоресцентной меткой, говорящей о местонахождении нанотрубок, но и представителем маленьких молекул, каковые благодаря физической адсорбции на ОСНТ смогут быть доставлены в клетку.

Рис.2. Средняя интенсивность флуоресценции для контрольных клеток табака; клеток с флуоресцеином, но без ОСНТ; и клеток с ОСНТ/флуоресцеин

Но способны ли нанотрубки “привозить” в клетку макромолекулы? Для следующего опыта авторы [2] применяли однонитевые ДНК, маркированные всё тем же флуоресцеином FITC. Они приготовили суспензию из нанотрубок, обернутых этими молекулами ДНК (“обёртывание” подтверждено данными атомно-силовой микроскопии).

Протяженность ОСНТ/ДНК была менее 500 нм, как и у ОСНТ/FITC. По окончании инкубации клеток BY-2 с конъюгатами ОСНТ/ДНК флуоресценцию замечали в более 80% клеток (рис.3).

В контрольном опыте, в то время, когда в среду роста были добавлены лишь ДНК/FITC, флуоресценции не было. Так, ДНК с флуоресцеином не могут без “перевозчика” преодолеть клеточную стенку.

Примечательно, что распределение флуоресценции в клетках выяснилось разным для ОСНТ/FITC и с ОСНТ/ДНК (рис.1 и 3). В первом случае интенсивная флуоресценция наблюдалась в вакуолях (маленьких полостях, заполненных клеточным соком), а во втором – в цитоплазматических нитях. Механизм для того чтобы различного распределения пока не ясен, однако, результаты говорят о возможности доставки различных грузов в различные отделы клетки.

Рис.3. Микрофотографии по окончании инкубации с ОСНТ/ДНК(FITC): А – флуоресцентное изображение; В – светлопольное изображение; С – наложение А и В. (масштабная шкала 10 мкм.)

Данные исследований продемонстрировали, что ОСНТ смогут действенно доставлять в клетки растений и маленькие адсорбированные молекулы (FITC), и макромолекулы ДНК. Но не повреждают ли они наряду с этим живые клетки? Для проверки было проделано пара опытов. Во-первых, совершена долгая (24 ч) инкубация клеток BY-2 c ОСНТ/FITC и с ОСНТ/ДНК(FITC).

Она не стала причиной явной смерти клеток, наряду с этим все клетки сохранили цитоплазматическую текучесть и нормальную морфологию. Потом был использован краситель йодистый пропидий, что легко попадает лишь в мертвые клетки либо клетки с поврежденными плазматическими мембранами и исходя из этого обширно употребляется для отделения живых клеток от мертвых. Флуоресценции, характерной для окрашивания ядер клеток йодистым пропидием, не наблюдалось ни в опытах с ОСНТ/FITC, ни в опытах с ОСНТ/ДНК.

Следовательно, ОСНТ не являются токсичными в отношении клеток BY-2.

Авторы работы [2] в первый раз продемонстрировали, что углеродные нанотрубки смогут попадать как через клеточную мембрану, так и через клеточную стенку растений. Это свойство возможно использовано для действенных, нетоксичных совокупностей доставки ДНК и маленьких молекул в клетку, причем в разные отделы. без сомнений, предстоящее изучение механизма прохождения ОСНТ “через стенки” расширит не только отечественные знания в области биологии клеток растений, но и возможности использования на практике, к примеру, для генетической изменения растений.

======================

****Эндоцитоз*** – процесс захвата клеткой жёстких частиц либо живых клеток, капелек жидкости либо своеобразных макромолекул, осуществляемый методом образования мембранных везикул (“пузырьков”). В статье речь заходит о поглощении клеткой жидкой фазы.

О. Алексеева

  • 1. ПерсТ 16, вып. 4, с. 5 (2009)
  • 2. Q.Liu et al., Nano Lett. 9, 1007 (2009)

Размещено в NanoWeek,

  • Прошлая статья: «Нано-малина» — против запотевания стекол
  • Следующая статья: Получено сверхпроводящее состояние германия при атмосферном давлении: сверхпроводящие чипы близки к действительности

Наномир. Углеродные нанотрубки.


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: