Биочип спешит на помощь

Слово «нанотехнологии» сегодня старается употребить в своей речи каждый ученый. Ведь именно это направление последние годы считается наиболее перспективным во всем мире. А в России оно теперь имеет шансы получить неплохое финансирование после объявленной президентом программы, где за 130 млрд руб., выделенных специально созданной корпорации «Роснанотех», будут сражаться все научные учреждения.

Частицы размером меньше микрона существовали и тогда, когда для них еще не изобрели приставку «нано». В частности, направление биохимии, где исследуются различные белки, всегда изучало процессы, происходящие на наноразмерном уровне, и ученым не приходило в голову делать из этого сенсацию. Все вирусы и бактериофаги, а также молекула ДНК в своем поперечном сечении попадают именно в этот размер. Многие исследуемые молекулы сегодня уже можно получать синтетическим способом с помощью химических методов, а также нарабатывать неограниченное количество биологических методик, позволяющих сочетанием наноразмерных частиц образовывать различные комплексы с заданными свойствами.

О перспективах создания новых материалов рассказал на научной сессии СО РАН директор Института химической биологии и фундаментальной медицины академик Валентин ВЛАСОВ.

Наиболее разрекламированное применение наноразмерных структур – это создание так называемых нанороботов. На этом слове скептики сразу начинают широко улыбаться, представляя маленьких невидимых человечков наподобие леммингов из небезызвестной компьютерной игры 90-х, которые толпами бегают по клеткам человека и старательно наводят порядок в нашем организме. На самом деле ничего фантастического в слове «наноробот» нет. Двигающиеся биологические структуры в природе существовали всегда. Наиболее сложная молекула, состоящая из десятков белков и молекул РНК – рибосома, которая, по сути, является настоящей фабрикой, протягивая через себя генетическую программу и синтезируя белок. Это отлично работающая машина-наноробот, которую мы видим в природе.

Сегодня наносенсоры широко используются в молекулярной диагностике в больницах всего мира, когда наличие детектируемого вещества возбуждает флюоресцирующий сигнал. В Сибирском отделении сегодня разрабатывают специальные методики, которые с помощью введения биоорганических молекул позволяют более точно устанавливать наличие вещества. Совместно с Институтом цитологии и генетики ученые ИХБиФМ разработали и запатентовали уникальные диагностические чипы и сенсоры для обнаружения ряда РНК. На отдельных элементах биочипа можно собрать и обработать огромное количество биологической информации. В этом заключается фундаментальное сходство биочипов с электронными микрочипами.

Биочипы стали новым, самым перспективным направлением современной биологии и медицины. С их помощью можно узнать, как функционируют гены в организме человека, например сразу после принятия какого-нибудь лекарства или получения процедуры. А по анализу крови с помощью биочипов можно диагностировать ряд очень серьезных заболеваний, которые до сегодняшнего дня не всегда распознаются на ранних стадиях. Вместе с ГНЦ «Вектор» в Институте химической биологии и фундаментальной медицины ведется разработка чипов для обнаружения ряда опасных вирусов, включая вирус гриппа.

Одно из важных направлений в области нанотехнологий в биохимии – это создание новых материалов из ДНК. К ДНК легко присоединяются органические молекулы и ионы металлов. Фактически из ДНК можно получать любые трехмерные структуры с заданным химическим составом. Наноразмерные комплексы можно создавать с целью осаждения на себя каких-то конкретных веществ, которые требуется транспортировать в конкретные клетки живого организма. При этом в клетку попадает не одна молекула, а целая терапевтическая структура, которая может воздействовать заданным образом на ее химический состав. Такое точечное, или, как иногда его называют, «таргетное» лечение (target – мишень) эффективно было бы применять при онкологических заболеваниях, когда воздействовать на весь организм химиотерапией очень вредно, а главное, бессмысленно. Падение иммунитета и общее отравление организма после облучения и химиотерапии зачастую перекрывают эффект воздействия на опухоль. Судя по темпам развития исследований в этой области, мы имеем немалые шансы дожить до внедрения бионанотехнологий в российскую медицину.

Мария ШКОЛЬНИК