5 июня, 2018 
Андрей Сорокин 
Научные достижения в области медицины удивляют год от года. Например, технология создания микроскопических роботов (наноустройств) размером с молекулу, выполненных на основе ДНК, стала поразительным открытием, способным вывести методы лечения на абсолютно новый уровень. Сформировавшись в отдельную отрасль медицинских исследований, нанороботизация продолжает совершенствоваться. Недавно в журнале Nature Communications учёные из Университета штата Огайо (США) сообщили, что ими разработана более эффективная система управления, в которой время отклика нанороботов на команду составляет всего около секунды, тогда как раньше роботы отзывались только через несколько минут.
Важнейшим достижением кроме улучшения скорости управления также является и то, что теперь возможен полноценный контроль над молекулярными машинами в реальном времени. Раньше исследователи могли лишь косвенно управлять ДНК-роботами, вызывая химические реакции, чтобы «уговорить» их двигаться определённым образом или направляли к ним специальные молекулы, перенастраивающие роботов путём связывания с ними. Такие процессы требуют довольно много времени и если наноустройствам предстоит выполнить много задач, то всё действие станет чрезмерно длительным, что неприемлемо в любых отраслях, а уж тем более в медицине.
Магнитный метод управления микроскопическими роботами, разработанный учёными Университета Огайо, позволяет взаимодействовать с наноструктурами практически мгновенно, что в разы ускоряет всё то, что роботы могут делать, а именно, доставлять лекарства в больные участки (клетки) организма или создавать устройства для доставки лекарств, а также проводить мониторинг здоровья или осуществлять какие-либо другие полезные функции.
В более ранней работе команда учёных из Университета Огайо под руководством профессора Карлоса Кастро использовала метод, называемый ДНК-оригами, чтобы сформировать простые микроскопические инструменты, такие как роторы и шарниры. (Оригами — вид декоративно-прикладного искусства; древнее искусство складывания фигурок из бумаги). Они даже сконструировали «троянскую лошадь» из ДНК для доставки лекарственных веществ в раковые клетки.
В новом исследовании учёные объединились с профессором физики Ратнасингем Сорякумару. Ранее он разрабатывал микроскопические магнитные «пинцеты» для перемещения биологических клеток в процессе генной терапии. Пинцеты фактически были сделаны из групп магнитных частиц, которые двигались синхронно, чтобы подтолкнуть клетки в определённом направлении. Однако эти магнитные частицы, хотя и невидимые невооруженным глазом, всё таки были во много раз больше, чем созданные структуры команды профессора Кастро, а значит управлять структурами пока ещё было невозможно. Задачей заключалось уменьшить функциональность магнитных частиц в тысячу раз, связать их с точным местоположением движущихся частей нанороботов и включить флуоресцентные молекулы в качестве маяков для контроля за ними по мере их перемещения.
Для выполнения сложнейшей задачи учёные построили стержни, роторы и шарниры с помощью метода ДНК-оригами. Затем они использовали жёсткие рычаги ДНК для соединения наноскопических компонентов с миниатюрными шариками из полистирола, пропитанного магнитным материалом. Регулируя магнитное поле, учёные обнаружили, что они могут заставить частицы разворачивать компоненты нанороботов назад и вперёд или вращать их. Компоненты выполняли инструктированные движения менее чем за секунду.
Например, нано-ротор смог вращаться на 360 градусов через секунду после команды с непрерывно контролируемым движением в магнитном поле. Нано-шарнир можно было закрыть или открыть за 0,4 секунды или удерживать под определённым углом с точностью до 8 градусов. Учёные отметили, что эти движения раньше требовали нескольких минут ожидания, что демонстрирует стремительный прорыв в управлении молекулярными устройствами. Кроме того, по представлениям исследователей, в будущем нанотехнологию ожидают ещё более удивительные открытия. В процессе развития будут создаваться целые комплексы нанофабрик, в которых нанороботы, уже наделённые интеллектом, смогут самостоятельно формировать различные структуры и осуществлять какие-либо действия, реагируя на местную среду и функционируя особенным образом.
Читайте также:
Многомерная Вселенная в нейронных сетях головного мозга
Компьютерные технологии, работающие как человеческий мозг
Физическая активность в детстве укрепляет память в долгосрочной перспективе
Учёные научились распознавать сложные мысли человека
Физические упражнения замедляют старение клеток
3D-биопринтер может печатать функциональную человеческую кожу
Наука открыла необычный механизм действия жировых клеток
Пчёлы действуют подобно нейронам мозга
Опубликовано в рубрике 