Биохимики оживили искусственные полимерные цепочки

Американские учёные совершили маленькую революцию. Они создали полимеры, похожие по поведению на живые молекулы. Граница между живым и не живым оказывается ещё более зыбкой. Новые вещества найдут свою "нишу" в биологических экспериментах, а главное — в медицине.

Лаборатория Ames министерства энергетики США создала необычные так называемые пентаблок-полимеры, которые в ряде условий ведут себя подобно белкам, липидам или ДНК.

 

 

Они формируют цепочки из пяти блоков, два из которых являются катионоактивными (заряжены положительно), два — гидрофильными и один — гидрофобным.

Поскольку гидрофобный блок пытается избежать воды, он составляет центр вереницы. Гидрофильные участки расположены далее.

Наконец, по краям в цепочку встраиваются катионные участки.

Оказалось, что такие полимеры, получившие второе название "Биоинспирированные умные сополимеры" (bioinspired smart copolymers) способны к самосборке.

Химик Сарья Мaллапрагада (Surya Mallapragada) рассказывает, что пентаблок-полимеры реагируют на изменения температуры и pH фактор среды.

Исследовательница пояснила, что когда температура повышается, пятизвенные молекулы собираются в большие группы, названные мицеллами, которые в свою очередь сцепляются между собой, формируя гель. Подобная реакция имеет место и при повышении pH фактора.

Глава исследовательской группы Сарья Мaллапрагада (фото с сайта iastate.edu).

Если параметры среды меняются в обратную сторону — гель снова распадается. Это очень похоже на то, как биомолекулы реагируют на внешние воздействия в природе. В частности, так "работают" некоторые белки, откликаясь на колебания в биохимии организма.

Новые вещества, по замыслу американских экспериментаторов, смогут выполнять широкий спектр задач.

Во-первых, учёные на примере пентаблок-полимеров будут "изучать", как работают в теле человека биологические молекулярные цепочки.

Дело в том, что такие "живые" молекулы, будучи извлечёнными из тела для изучения, обычно оказываются повреждёнными.

Пентаблок-полимеры намного более живучи, и их удобно изучать под электронным микроскопом или в условиях заморозки в жидком этане, что необходимо для ряда опытов.

Кроме того, эти полимеры можно структурно изменить так, чтобы использовать их в качестве поставщиков лекарств в организм.

Например, введение в полимерные цепочки фермента оксидазы глюкозы делает их чувствительным к изменениям уровня глюкозы в крови человека.

Такой полимер можно было бы вводить под кожу, где он сформирует гель (из-за более высокой, чем в комнате, температуры тела).

Представление художников о нанороботах обычно ошибочно. Оснастить такие "механизмы" чипами, гидроприводами, шестерёнками да корпусами "на заклёпках" будет, мягко говоря, затруднительно (иллюстрация с сайта nanotech-now.com).

В случае необходимости для пациента (при нарушении уровня глюкозы) мицеллы автоматически выпускали бы инсулин.

Вводимые таким образом гели были бы намного менее агрессивными, чем внедрённые хирургическим путём автоматические системы поставки инсулина, которые существуют сегодня.

К тому же, гель распадется самостоятельно после, приблизительно, недельного пребывания в организме.

Для генотерапии могут оказаться полезными положительно заряженные (катионоактивные блоки) полимера. Они способны нести молекулярный комплекс с какой-нибудь специальной ДНК. Такие комплексы заряжены отрицательно.

Пентаблок-полимеры могут использоваться, чтобы поставить в организм так называемые "гены самоубийства клеток" или наркотики химиотерапии непосредственно и выборочно к опухолям.

Ведь здоровые клетки, говорят в Ames, с меньшей вероятностью будут реагировать с полимером и выпускать на свободу внедрённый ген.

Сейчас учёные планируют проверить этот механизм на крысах. Тем более, что свойства вновь созданных полимеров изучены далеко не полностью и им ещё, возможно, найдутся иные сферы применения.

Бионаноробот — более реальное изображение миниатюрных машин будущего. Не рычаги и шестерёнки, а гигантские кластеры молекулярных цепочек. Чем не жизнь? (иллюстрация с сайта foresight.org).

Любопытно, что демонстрируя некую имитацию "разумности", запрограммированную реакцию (выпуск лекарств) на изменение параметров среды, искусственные мицеллы оказываются сходными с популярными нынче нанороботами.

Последние, ввиду размеров, слишком наивно было бы представлять, как механизмы с компьютерами, аккумуляторами и электромоторами на борту. Смотрите, например тут и тут.

Скорее, те нанороботы, что ближе всего к массовой реализации, — это сравнительно простые (по числу деталей) тела, приводимые в движение силами межмолекулярного взаимодействия, фактически — химией. Может, и это исследование пригодится не только медикам и биохимикам.

Биология, механика, роботостроение пересекаются всё больше. По крайней мере, на масштабном уровне человеческих клеток. И так же всё сложнее понять, где граница между живым и неживым.

Ведь одни из ключевых свойств жизни — самоорганизация и реагирование на изменения в окружающей среде. Что мы и наблюдаем в подобных опытах.

Не зря же создатели новых полимеров добавили в их название слово "smart", переводящееся и как "живой", и как "умный".

Статья получена: Membrana.ru