Выловить и обездвижить

Возможно, симбиоз живых клеток и кремниевых чипов не такое уж далекое будущее.
Фото пресс-службы Intel

Человек старается не отставать от матушки-природы. Тем более что ему это позволяет прогресс в области производства микрочипов, на поверхности которых сейчас размещают миллионы транзисторов. Для этого необходимо прежде всего протравить поверхность кремниевого чипа, на которой после этого можно двигаться, как «по долинам и по взгорьям». Используя разные маски для травления, можно получить выступающие с поверхности «столбы» и даже нанопроволоки!

Корейский ученый Ким опубликовал в одном из номеров «Журнала американского химического общества» в конце 2007 года статью под названием «Интерфейс между кремниевыми нанопроволоками и клетками млекопитающих». Речь идет об изготовлении чипа, поверхность которого, подобно щетке для волос, утыкана вертикально торчащими кремниевыми штырями высотой 6000 и диаметром 90 нанометров. При запускании на такой кремниевый газон эмбриональных стволовых клеток мышей нанопроволоки протыкают нежную цитоплазму клеток, в течение какого-то часа фиксируя – иммобилизуя – их на поверхности чипа. При этом жизнеспособность клеток увеличивается с уменьшением диаметра нанопроволок – от 400 до 30 нм. Однако диаметр 30 нм оказывается слишком маленьким, поскольку клетки попросту ломают столь тонкие штыри.

Клетки сохраняют в «распятом» состоянии свою жизнеспособность в течение нескольких дней, что позволяет провести интереснейшие исследования и протестировать различные их функции. Иммобилизированное состояние клеток позволяет легко вводить в них различные вещества в их цитоплазму и, можно надеяться, даже в ядро. Например, те же гены для изучения их функции. (Несколько дней – это довольно приличное время в клеточной жизни, поскольку, например, те же клетки слизистой живут всего-то два-три дня, после чего естественным образом отмирают.)

Однако клетки можно обездвиживать, не протыкая их насквозь, а используя явление клеточной адгезии (прилипания) к поверхности. С этой целью был создан кремниевый прямоугольник размерами 25х66 мм с рабочей поверхностью 19х51 мм, на поверхности которого вытравили 78 тыс. столбцов высотой 100 микрон (мкм) и таким же диаметром. Поверхность микростолбцов была покрыта моноклональными антителами (МАТ), стимулирующими адгезию эпителиальных клеток.

С помощью такого чипа удалось выловить редкие эпителиальные клетки из обычного анализа крови – одна на миллиард клеток крови, – который берут у всех, попавших, к примеру, в больницу. Недаром статья в журнале Nature названа ее авторами «Изоляция редких циркулирующих клеток с помощью микрочип-технологии» (07, № 7173, с. 1168 и 1235). Технология показала свою эффективность у 115 из 116 протестированных людей. Оказалось, что в одном миллилитре крови – 1 куб. см – может присутствовать от 5 до 1280 эпителиальных клеток.

Хочется надеяться, что в самом скором времени нанотехнологии позволят еще больше диверсифицировать подход к самым разным клеткам организма, в том числе и стволовым, на которые возлагаются особые надежды. Это связано с тем, что нанотехнологии оперируют масштабами и размерами, которые на три порядка меньше клеточных, что позволяет сохранять жизнеспособность клеточного материала и в то же время нацеленно воздействовать на каждую конкретную клетку. До сих если это и удавалось, то с большим трудом и малым «выходом», так сказать, полезной продукции.