Сделать надрезы почти в 2000 раз тоньше толщины волоса, просверлить отверстия размером всего в миллионные доли миллиметра - невозможно? ни за что. Потому что исследователи разработали новую технологию, которая легко предоставляет эти услуги. NanoCut позволяет ученым отключать участки хромосомы с генетическим дефектом, например, с помощью сфокусированного света.
Но этот метод также открывает и другие новые терапевтические возможности, сообщают исследователи в журнале «Nano Letters». Например, можно просверлить оболочку клеток, чтобы сделать их более проницаемыми для лекарств. Исследователи из Йены и Саарбрюккена также видят области применения своего метода в онкологии, нейрохирургии и хирургии глаза.
Энергия в двух словах
Лазеры позволяют концентрировать большое количество энергии в очень маленькой точке. Энергия, сконцентрированная в этой точке, испаряет материю в этой точке, будь то металл, алмаз, волос или биологическая ткань. Таким образом, вы можете резать, сверлить и гравировать с помощью энергии лазерного луча.
Человеческие клетки или даже отдельные хромосомы также могут быть обработаны лазерным светом таким образом. Однако до сих пор существовали ограничения на резку светом из-за фокусировки лазерного луча. Диаметр отверстия, просверленного лазером, не может быть меньше примерно 100 нанометров.
Наночастицы как антенны
Вольфганг Фрицше из Института фотонных технологий (IPHT) Йена вместе со своим коллегой профессором Картеном Кенигом из Саарского университета и компанией JenLab GmbH разработали процесс, который связывает энергию лазера с точку, что значительно меньше. Он использует мельчайшие металлические частицы, так называемые наночастицы, в качестве антенн, улавливающих лазерный свет.
Чрезвычайно коротких импульсов света достаточно, чтобы возбудить такую частицу, нагреть ее и прожечь точное отверстие в ткани. Размер этого отверстия теперь зависит от размера наночастицы, а не от длины волны лазерного луча. В принципе, его можно уменьшить примерно со 100 нанометров до десяти или даже пяти нанометров.
Оптический нокаут
«Мы можем пометить наши наночастицы таким образом, чтобы они связывались с выбранным нами местом на хромосоме», - объясняет Фрицше. Это позволяет, например, выборочно выключать участки генома, несущие генетический дефект. Ученые говорят об «оптическом нокауте». «Мы также можем работать параллельно, - говорит Фрицше, называя еще одно преимущество своего метода, - и выбирать разные участки в геноме, к которым могут пристыковываться специально созданные наночастицы. Остальная часть хромосомы остается совершенно неизменной, что тоже очень важно».
Металлические наночастицы, используемые Фрицше и его командой в IPHT, имеют размер всего несколько миллиардных долей метра и сделаны из золота или серебра. Созданные по индивидуальному заказу частицы с выбранными биологическими свойствами, такими как способность связываться с определенными участками генома или белками, можно использовать не только в качестве световых антенн, как описано, но и в качестве датчиков в живых тканях. «Теперь в наших руках новое поколение наноразмерных фотонных инструментов, - говорит Фрицше, - которые позволяют использовать совершенно новые подходы к маркировке и анализу биологических образцов».