Российские и зарубежные ученые создали наночастицы, которые могут ускорять или тормозить различные сложные реакции в живых клетках или в пробирках в зависимости от уровня освещенности, что открывает дорогу для создания "умных" материалов и лекарств, говорится в статье, опубликованной в журнале ChemCatChem.
"Протекающие в клетке реакции влияют не только на ее деление и рост, но и на взаимодействие с окружающей средой, в том числе с другими клетками. Влияя на каскад биохимических реакций, протекающих в клетке, мы может контролировать и программировать ее поведение. Вдобавок, объединение нескольких химических подсистем в единую систему является привлекательным способом разработки новых материалов", – заявила Екатерина Скорб из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге.
В последние несколько десятилетий химики, биологи и физики активно используют наночастицы для создания новых катализаторов, лечения рака, различных электронных и оптических приборов и многих других футуристических гаджетов и реактивов.
Большинство этих наночастиц и структур на их базе может дирижировать только относительно простыми реакциями, которые включают в себя неорганические или органические молекулы. С другой стороны, живые клетки содержат в себе целые "конвейеры" сложных реакций, в которых участвуют десятки ферментов и различных вспомогательных молекул, скопировать которые пока достаточно тяжело.
Как передает пресс-служба Российского научного фонда, Скорб, ее коллеги по ИТМО и химики из Гарварда нашли оригинальное решение для этой проблемы – они научились управлять сложной биологической реакцией, происходящей в клетках нашего тела, создав своеобразный химический "переключатель".
Он представляет собой другой тип катализатора – наночастицы двуокиси титана, способные расщеплять воду на атомарный кислород и водород при освещении светом. Если поместить такие частицы в раствор органических соединений, то производимый ими кислород начнет взаимодействовать с самыми уязвимыми молекулами, что приведет к резкому изменению кислотно-щелочного баланса.
Подобные изменения, как предположили ученые, могут сильно влиять на то, как быстро протекают различные реакции в живых клетках, замедляя или ускоряя их. Они проверили эту идею, поместив подобные наночастицы в раствор, где молекулы белка трипсиногена превращали сами себя в трипсин, один из важнейших пищеварительных ферментов.
Как показали эти опыты, наночастицы действительно тормозили формирование новых молекул трипсина, если их освещали светом, причем сила этого эффекта зависела как от количества катализатора, так и яркости падающих на него лучей.
Подобным же образом, по мнению химиков, можно управлять другими сложными реакциями в организме, что позволит создать новые типы лекарств и "умные" материалы, меняющие свои свойства при смене времени суток или при выключении света. Вдобавок, их можно использовать для оценки токсичности наночастиц и изучения того, как именно они вызывают проблемы в работе клеток.
Работа поддержана Российским научным фондом в рамках Президентской программы исследовательских проектов.
