Ученые из Университета Буффало (University at Buffalo, UB), США, изучили потенциал новых основанных на оксиде кремния наночастиц ORMOSIL на живых нейронах в организме дрозофилы и доказали, что они не оказывают отрицательного воздействия на жизнеспособность насекомых. Это первая работа, в которой тщательно исследована биосовместимость этого класса наночастиц на протяжении всего периода развития организма. Ее результаты, опубликованные в статье в журнале PLoS ONE, говорят о возможности использования наночастиц ORMOSIL в медицине.

Ярко-красные пятна – кластеры наночастиц ORMOSIL в аксонах плодовой мушки.
(Фото: Shermali Gunawardena/PLoS One)

Применение нанотехнологий в биологических исследованиях начинает приобретать все большее значение, способствуя разработке новых методов и средств борьбы с болезнями. Одно из основных направлений нанобиотехнологии – разработка основанных на наночастицах структур для доставки лекарственных препаратов и генов.

Большинство используемых в настоящее время наночастиц токсичны для клеток и всего организма и поэтому непригодны для применения in vivo или использования в течение длительных периодов времени. Ученые из Университета Буффало изучили потенциал новых основанных на оксиде кремния наночастиц ORMOSIL (органически модифицированный оксид кремния – organically modified silica,) на живых нейронах в организме дрозофилы и показали, что они не оказывают отрицательного влияния на жизнеспособность насекомых.

Наночастицы ORMOSIL проникают в мозг, тела нервных клеток и аксоны нейронов, не вызывая их гибели и не нарушая нормальные нервные процессы. Ученые представили доказательства того, что они биосовместимы и могут эффективно использоваться в живых организмах, не включая молекулярные пути клеточной смерти.

Нейрон в клеточной культуре, полученной из
мозга плодовой мушки, ярко светится благодаря
ORMOSIL – наночастицам, имеющим хорошие
перспективы в качестве средства доставки в мозг
лекарственных препаратов.
(Фото: Shermali Gunawardena/PLoS One)

ORMOSIL – уникальная разновидность наночастиц, созданная исследовательской группой во главе с Парасом Н. Прасадом (Paras N. Prasad), исполнительным директором Института лазеров, фотоники и биофотоники (Institute for Lasers, Photonics and Biophotonics UB). Наночастицы из фотоактивируемого мезопористого кремния являются хорошим транспортным средством, которое ученые могут отправить к разным частям организма человека, заполнив имеющиеся в частице полости лекарственными препаратами или агентами для генной терапии, высвобождающимися под воздействием света.

В ближайшее время ученые планируют использовать наночастицы ORMOSIL для изучения процессов, происходящих в нейронах, нарушение которых может быть связано с нейродегенеративными заболеваниями, включая болезнь Альцгеймера, и, в частности, для исследования аксонального транспорта – движения моторных белков вдоль нитевидных аксонов нейронов. Эти молекулярные моторы – кинезины и динеины – переносят «грузы», в том числе жизненно важные белки, между синапсами и телом нервной клетки.

Одной из возможных проблем в этой нейронной системе является аксональная блокада, образующаяся в результате агрегации определенных белков. Ученые пока не могут дать точный ответ, вносят ли такие блокады вклад в развитие заболеваний, например, болезни Альцгеймера или болезни Паркинсона, для которых характерны необычные скопления белков, называемые амилоидными бляшками и тельцами Леви. Но то, что белок-предшественник амилоида (amyloid precursor protein, АРР), связанный с развитием болезни Альцгеймера, играет определенную роль в аксональном транспорте, считается доказанным и, если блокада аксонов действительно является ранним индикатором нейродегенерации, ее устранение может помочь предотвратить заболевание или хотя бы отсрочить его начало.

Вот здесь и могут прийти на помощь наночастицы ORMOSIL: исследователи надеются использовать эти их для целевой доставки препаратов к белковым «пробкам» в аксонах, чтобы разрушить эти скопления.

До возможных положительных результатов еще очень далеко. Но потенциальная выгода огромна. Ученые считают свое исследование предприятием с «высокой степенью риска», но и награда за успех может оказаться очень высокой. В их ближайших планах – выяснить, можно ли связать ORMOSIL с моторными белками, ведь наночастицы не могут самостоятельно перемещаться вдоль аксонов.

Статья

Organically Modified Silica Nanoparticles Are Biocompatible and Can Be Targeted to Neurons In Vivo