Ультразвук і магнітне поле дозволяють управляти нанороботів, які діють всередині живих клітин
Вперше в історії науки група інженерів, хіміків і біохіміків з Державного університету Пенсільванії (Penn State University) помістила крихітних синтетичних нанороботів у живі людські клітини і за допомогою ультразвукових коливань і магнітних полів змусила їх рухатися по призначеним траєкторіях, обертатися і виконувати деякі примітивні операції. Розроблена технологія ще далека від того, що є сюжетом відомого науково-фантастичного фільму "Фантастична подорож /Fantastic Voyage", але її можна вже розглядати як одне з перших до нього наближень. Нанороботи, що представляють собою крихітні поліметалічні циліндри, довжиною 3 мікрометра і діаметром 300 нанометрів, переміщаючись і обертаючись всередині клітин, стикаються з клітинною мембраною і внутрішніми частинами клітин, провокуючи їх на виконання певних дій.
"Зіткнення нанороботів з елементами внутрішньої структури клітин провокує деякі реакції цих клітин. Ці реакції можуть мати механічну і хімічну природу, і більшість з цих реакцій ще нікому не доводилося спостерігати на власні очі", - розповідає Те Маллоук (Tom Mallouk), професор фізики і хімії матеріалів Пенсільванського університету, - "Наші дослідження є яскравою демонстрацією того, що можна зробити за допомогою крихітних нанороботів і як ці нанороботи можуть допомогти вченим у дослідженнях з області цитобиологии. У майбутньому, я сподіваюся, ми зможемо використовувати подібних нанороботів для лікування раку та інших захворювань, для проведення неінвазивних внутрішньоклітинних хірургічних операцій і для високоточної доставки лікарських препаратів до місця призначення".
До останнього часу всі дослідження, пов'язані з нанороботів і технологіями їх управління, вироблялися виключно "в пробірці" у лабораторних умовах. Перші нанороботи були створені групою з Державного університету Пенсільванії близько десяти років тому. "Наші наноботи першого покоління вимагали використання палива, що складається з токсичних речовин. Ці наноботи не могли переміщатися в рідинах біологічного походження, що не дозволяло нам вивчати їх поведінку і можливості поведінки всередині живих клітин" - розповідає професор Маллоук, - "В ті часи це було непереборною перешкодою, але після того, як було виявлено, що керувати наноботами можна за допомогою ультразвукових хвиль, ми отримали "відкриті двері" всередину живих клітин".
Під час експериментів учені використовували HeLa-клітини, безсмертні клітини раку шийки матки, які дуже часто використовуються в подібних дослідженнях. Після того, як ці клітини поглинули наноботів, вчені активували їх за допомогою потоків спрямованого ультразвукового випромінювання і змусили рухатися. Самі по собі рухомі нанороботи не чинили ніякого впливу на клітину, але після того, як потужність випромінювання була збільшуватися він почали обертатися і стикатися з внутрішньоклітинними органеллами, окремими органами клітини, які виконують різні функції. Керуючи рухами нанороботів, вчені виявилися здатні вибірково активувати ті чи інші функції клітини, а в деяких випадках, зруйнувати клітинну мембрану, що стало причиною смерті злоякісної клітини.
За допомогою імпульсів ультразвукових коливань частотою близько 4 МГц, вчені можуть змусити наноботів обертатися або пересуватися на невеликі відстані, а для руху на більш довгі дистанції використовується зовнішнє магнітне поле певної конфігурації. Комбінація цих двох керуючих факторів дозволяє реалізувати керування кожним окремо взятим наноботом або невеликою групою, за допомогою чого можна здійснити незалежне виконання різних завдань окремими наноботами.
"Можливість автономного переміщення є ключовим моментом нашої технології, за допомогою якої стає можливим руйнування однієї окремо взятої злоякісної клітини, не зачіпаючи знаходяться поруч нормальних клітин" - розповідає професор Маллоук, - "Якщо ви хочете, щоб наноботи могли самостійно шукати і руйнувати тільки злоякісні клітини, їм треба дати можливість пересуватися відокремлено один від одного. І реалізація такої можливості є лише першим кроком до реалізації медицини в стилі "Фантастичного подорожі", де нанороботи, самостійно переміщується всередині організму людини, обмінюючись даними один з одним, зможуть робити складні види діагностики та виконувати операції з лікування виявлених захворювань".