Ингрид Фаделли , Phys.org.
Недавние технологические достижения подпитывают развитие передовых технологий, которые могут контролировать и управлять физиологическими процессами с высокой точностью. К ним относятся устройства, которые могут контролировать экспрессию генов в живых организмах, не требуя инвазивных операций или процедур. Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха недавно представили новый метод, позволяющий осуществлять электромагнитное программирование беспроводной регуляции экспрессии (EMPOWER) трансгенов у млекопитающих посредством взаимодействия наночастиц и клеток. Предложенный ими подход, изложенный в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, может помочь в лечении хронических заболеваний , включая диабет, а также открыть новые возможности для исследований в области синтетической биологии и регенеративной медицины.
«Наше недавнее исследование посвящено решению актуальной проблемы биомедицины — точного и неинвазивного контроля экспрессии терапевтических генов в живых организмах», — рассказал Phys.org Мартин Фуссенеггер, старший автор статьи.
«Я понимаю, что традиционные методы могут быть немного сложными. Либо они требуют инвазивных процедур, либо они могут быть не такими точными и надежными, как нам хотелось бы. Это вдохновило нас на использование магнитных полей для беспроводного управления, используя их способность безопасно и эффективно проникать в биологические ткани без прямого контакта или инвазивных устройств». Главной целью недавнего исследования Фуссенеггера и их коллег было разработать безопасный и надежный подход для надежного контроля количества терапевтического белка, вырабатываемого млекопитающими на расстоянии. Метод, который они представили в своей статье, основан на наночастицах, изготовленных из мультиферроических материалов, которые были покрыты биосовместимым полимером под названием хитозан.
«Когда эти наночастицы стимулируются низкочастотным магнитным полем , они генерируют биологически безопасные уровни активных форм кислорода (ROS) в цитоплазме клетки », — пояснил Фуссенеггер.
«Мы сконструировали клетки млекопитающих , включив в них генетическую схему, чувствительную к этим сигналам ROS, используя клеточный путь KEAP1/NRF2. Когда обнаруживаются ROS, это словно сигнал для белков NRF2 начать действовать, и они работают вместе, чтобы вызвать к жизни выбранные терапевтические белки, такие как инсулин». Ключевым преимуществом интерфейса наночастицы-клетки, представленного Фуссенеггером и его коллегами, является то, что он позволяет точно контролировать , когда и где нужно, чтобы ген был выражен. Кроме того, метод является мягким и неинвазивным, так как не требует сложных процедур или высокоэнергетической стимуляции. По сравнению с другими ранее предложенными методами на основе наночастиц для беспроводного контроля экспрессии генов, подход команды отличается высокой биосовместимостью и требует меньших доз наночастиц, а также минимизирует побочные эффекты. Чтобы продемонстрировать его потенциал, исследователи протестировали его на мышиной модели диабета.
«Это действительно хорошо контролировало их секрецию инсулина и поддерживало нормальный уровень глюкозы в крови в течение всего исследования. Мы очень рады поделиться самым значительным достижением нашего исследования: мы успешно подключили беспроводное электромагнитное управление к естественной экспрессии трансгенов в клетках млекопитающих через внутриклеточные наночастицы в качестве интерфейсных магнитных приемников». Наночастицы, используемые исследователями, были введены в цитоплазму, желеобразную субстанцию, окружающую ядро в клетках. Это позволило наночастицам общаться с клетками, используя химические активные формы кислорода (ROS), класс молекул, содержащих активный кислород, которые естественным образом производятся в клетках.
«Это было верно даже тогда, когда наночастицы напрямую взаимодействовали с белками», — сказал Фуссенеггер. «Наша конструкция великолепна, потому что она заставляет клетки работать вместе, и она делает это, не нарушая целостности сконструированных клеток. Это помогает нам получать нужные нам результаты, но без каких-либо проблем».
Интерфейс наночастицы-клетки, разработанный этой группой исследователей, может иметь весьма ценные медицинские применения. Примечательно, что этот подход использует очень слабое электромагнитное поле (ниже 1 кГц) и низкую мощность (21 мТл), стимулируя клетки в течение очень короткого времени (три минуты). «Это намного слабее уровней, используемых при клиническом МРТ-сканировании», — сказал Фуссенеггер. «Таким образом, наш подход может быть весьма ценным для лечения хронических заболеваний, поскольку он позволит нам корректировать терапию удаленно и динамично. Это исключит необходимость в повторных инъекциях, инвазивных имплантатах или системном введении лекарств».
В будущем подход команды к удаленному контролю экспрессии трансгенов может быть протестирован и внедрен в клинических условиях. В настоящее время исследователи изучают потенциальное применение своего метода в областях онкологии, неврологии и регенеративной медицины, одновременно работая над улучшением своей системы на основе наночастиц.
«В наших следующих исследованиях мы сосредоточимся на том, чтобы сделать нашу систему еще более чувствительной, биосовместимой и эффективной», — добавил Фуссенеггер. «Мы также планируем внести некоторые усовершенствования в оборудование для электромагнитной стимуляции. Мы хотим сделать его более компактным, чтобы его было проще использовать в клинических условиях. «Мы с нетерпением ждем возможности сделать еще больше в будущем. Мы собираемся использовать эту платформу для других хронических заболеваний. Мы также собираемся исследовать альтернативные генетические схемы. И мы собираемся подготовить технологию для доклинической и клинической оценки».
Дополнительная информация: Чжихуа Линь и др., Электромагнитный беспроводной пульт дистанционного управления экспрессией трансгенов млекопитающих, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-01929-w
Информация о журнале: Nature Nanotechnology
© 2025 Наука X Сеть
Исследуйте дальше-Имплантируемый топливный элемент, который вырабатывает электроэнергию из избытка глюкозы в крови