Ученые НОШ МГУ создали систему доставки лекарств и мониторинга клеток

Ученые физического факультета, факультета фундаментальной медицины и факультета наук о материалах МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с коллегами из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Сколковского института науки и технологий разработали биосовместимую наноструктурированную платформу на основе кремниевых микроигл, модифицированных наночастицами золота (Au@Si-MNs). Эти структуры обеспечивают стабильную иммобилизацию живых клеток и позволяют регистрировать спектры плазмонно-усиленного комбинационного (рамановского) рассеяния с субклеточным пространственным разрешением. Разработка позволяет одновременно осуществлять доставку терапевтических агентов в иммобилизованные клетки и отслеживать возникающие молекулярные изменения на уровне одной клетки. Об этом сообщили в пресс-службе вуза. 

Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Microchemical Journal (Elsevier, Q1).

Микроиглы – это миниатюрные структуры, способные проникать в ткани на глубину до сотен микрон, обеспечивая высокоточную доставку молекул непосредственно в клетки или их микроокружение. Благодаря минимальной инвазии, высокой воспроизводимости и возможности контролируемой модификации поверхности, микроиглы становятся ключевым инструментом современной биофизики и медицины. Они находят применение не только в трансдермальной терапии, но и в локальной доставке генов, белков и малых молекул в ткани, где требуется клеточно-специфическое воздействие, например, в опухолевой микросреде, мозге или слизистых оболочках. Особенно актуальна их интеграция с сенсорными элементами, позволяющая в реальном времени отслеживать молекулярные изменения внутри клеток и тканей, что открывает новые горизонты для персонализированной терапии, молекулярной диагностики и фундаментальных исследований в области клеточной биомеханики и внутриклеточной сигнализации.

В представленной работе ученые сконструировали массивы кремниевых микроигл с коронообразными наноструктурами золота на вершинах, которые не только усиливают локальное электромагнитное поле до 10 в восьмой степени раз, но и способны проникать в живые клетки.

Впервые было показано, что такая архитектура обеспечивает стабильную иммобилизацию клеток без потери их жизнеспособности, при этом существенно ограничивая их подвижность. Это создает уникальные условия для получения спектров плазмонно-усиленного комбинационного (рамановского) рассеяния, отражающих молекулярный состав субклеточных структур с пространственным разрешением, ранее недоступным при работе с подвижными живыми клетками. Такое сочетание пассивной фиксации и экстремального усиления сигнала открывает новые возможности для неразрушающего молекулярного анализа живых объектов в реальном времени.

Важной особенностью разработанной платформы является ее способность не только к регистрации внутриклеточных изменений, но и к локальной доставке химиотерапевтических препаратов, например, доксорубицина. Ученые показали, что после предварительной инкубации Au@Si-MNs с препаратом, клетки, осажденные на поверхность микроигл, начинают демонстрировать спектральные признаки цитотоксического воздействия. Это позволяет в реальном времени отслеживать динамику ответа клетки на терапию без введения меток и без разрушения клеточной мембраны.

«Предложенная система одновременно выполняет функции прецизионного сенсора и адресного носителя, открывая перспективы для применения в высокоточной онкотерапии, скрининге лекарственных соединений и фундаментальных исследованиях клеточной гетерогенности. Работа наглядно демонстрирует, как интеграция наноматериалов, микроинженерных конструкций и оптической спектроскопии позволяет перейти от популяционных моделей к анализу молекулярных процессов в единичных живых клетках», — отмечает заведующая лабораторией кафедры медицинской физики физического факультета МГУ Л.А. Осминкина.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 24-15-00137) и Научно-образовательной школы МГУ НОШ МГУ «Фотоника» (23-SCH06−19).

Следите за важными новостями в Телеграм-канале Информационного центра Правительства Москвы