Нанометки для живой клетки

Нобелевский лауреат, директор Физико-технического института, вице-президент РАН Жорес Алферов на премиальные средства создал в 2001 году Фонд поддержки образования и науки, так называемый Алферовский фонд. Среди его основных задач — поддержка научных проектов молодых ученых как России, так и стран СНГ. В конце минувшего года одна из премий фонда была присуждена научному сотруднику лаборатории биологического тестирования наноматериалов НТК «Институт монокристаллов» НАНУ, кандидату физико-технических наук Андрею Масалову за работу «Синтез и свойства диэлектрических активированных нанокристаллов». По мнению нобелевского лауреата, который приезжал для вручения премий в Киев, именно нанобиотехнологии окажут наибольшее влияние на цивилизацию XXI века.

В медицинских и биологических исследованиях — как прикладных, так и фундаментальных — существует необходимость визуализации каких-либо событий внутри клетки на молекулярном уровне.

Например, в области фармакокинетики лекарственных препаратов важно отследить пути распространения лекарства в организме после его введения. Как и когда они достигают тканей, в которых должны проявить свой лечебный эффект, какие внутренние органы затрагивают своим действием, как проникают в клетки, каким образом и как быстро выводятся из организма? Хорошо бы для таких случаев «посадить» на молекулы фармпрепаратов какие-то маленькие метки, которые бы постоянно сигнализировали о месте их нахождения и происходящем с ними и при этом были бы совершенно безвредными для биологического объекта.

Существующие методы визуализации исследователей уже не удовлетворяют, поскольку используемые здесь метки ограничены по своим функциональным свойствам и в основном токсичны. Ученые НТК «Институт монокристаллов» предложили для этой цели использовать монокристаллы на основе различных редкоземельных элементов, например ортофосфатов и полифосфатов, которые обладают способностью люминесцировать в ответ на внешнее облучение.

Проблема состояла в том, чтобы получить люминофоры очень маленького размера, сопоставимого с толщиной мембраны клетки живого организма. И харьковчанам это удалось — они сумели получить монокристаллы величиной всего два нанометра, в каждый из которых входит всего 100 молекул. (Для сравнения: американским ученым не удалось пока создать люминофор меньше четырех нанометров.) Если клетку живого организма представить в виде стадиона, то нанолюминофор по величине будет не больше футбольного мяча. Это своего рода микроскопическая лампочка, которую можно прикрепить к биообъекту — будь то молекула белка или лекарства — и «включать» в нужный момент, чтобы посмотреть, что с ним происходит. В дальнейшем харьковские ученые планируют исследовать взаимодействие полученных частиц с различными биологическими объектами.

По мнению специалистов, новый метод исследования — одномолекулярная спектроскопия — обещает невиданные до сих пор перспективы изучения процессов на уровне отдельных молекул, в том числе в живой клетке. Однако для развития нанотехнологии в стране мало энтузиазма и таланта отдельных ученых и научных коллективов. Необходимо современное оборудование и подготовка соответствующих специалистов. В том числе для работы в малых компаниях, так называемых стартапах, которые начинают превращать научные знания в конкретную технологию или продукцию. В 2008 году многие страны значительно увеличили финансирование исследований в области нанотехнологии по сравнению с прошлым годом. В Украине — в три раза, в Казахстане — сразу в 25. Россия занимает сейчас третье место в мире по вкладываемым в эту сферу средствам. Впереди — США.