By Однією з найкращих стратегій природи у сфері реалізації руху на клітинному рівні є високо ефективні молекулярні «двигуни». Ці частки перетворюють хімічну енергію в енергію механічну, аби виконувати такі завдання, як транспортування субстанції всередину клітин, стискання м’язових волокон та сегментація ланцюгів ДНК – пише Рейчел Берковітс у часописі Świat Nauki.
Від 1999 року хіміки спроможні творити синтетичні часточки, котрі обертаються на 360° під впливом світла або хімічних чинників. Ці монофункціональні двигуни здатні генерувати сили на поверхні, переносити субстанції детекторів і заряджати прилади в наномасштабі. Однак, науковцям нелегко їх контролювати ані відслідковувати, оскільки вони розташовані в непрозорій біологічній тканині.
Згідно з дослідженням, опублікованим в часописі „Science Advances”, молекулярні двигуни такого типу вирішують обидві ці проблеми – вони можуть переключатися поміж ротацією і флюоресценцією під впливом світла з різною довжиною хвиль. «Небагато хімічних зв’язків характеризуються двома різними реакціями на світло, а це перший двигун, що проявляє такі властивості» – каже співавтор тієї праці Максім Пшенічніков, дослідник з Rijksuniversiteit Groningen, що в Голландії.
Пшенічніков і його співробітники під керівництвом хіміка-органіка з Ґронінґен Бена Ферінга, лауреата Нобелівської премії 2016 року, створили часточку подвійної функції, додаючи хімічну субстанцію, звану трифеніламін, до простого молекулярного двигуна, що дозволило йому реагувати на світло різними способами. Низько енергетичне світло давало двигунові лише стільки потужності, щоб він міг обертатись, тоді як високо енергетичне світло його перезбуджувало, що призводило до викидання надміру енергії шляхом емісії фотонів – виникала флюоресценція. Більш того, на відміну від типових молекулярних двигунів, які заряджаються ультрафіолетовим світлом, що пошкоджує тканини, той новий зв’язок реагував на відтінки інфрачервоного, котрі проникають глибоко під шкіру, не спричиняючи пошкоджень.
Такого типу флюоресцентний двигун міг би отримання застосування там, де вимагається точна локалізація – наприклад, міг би входити у взаємодію з різними клітинними структурами, вказуючи водночас пройдений ним шлях підчас постачання та активізації ліків. «Як чудово було б, якби ми могли фактично відслідковувати рух двигуна у клітинах і використовувати його для механічного втручання, постачання (ліків) та діагностування» – каже Ферінга.
Сальма Кассем, хімічка з City University of New York, котра не брала участі у дослідженнях, твердить, що новий двигун є важливим кроком в напрямку фармакології, контрольованої світлом: «Це неабиякий виклик, аби поєднати здатність до огляду даних і функціональність в одній малій часточці таким чином, щоб ці дві властивості не входили в суперечність. У цій праці було досягнуто розподіл обох тих ролей простим і елегантним способом».
Дослідники планують використати цю технологію для отримання двигуна з біологічною функцією, такою як поєднання з окресленими клітинними рецепторами. Потім вони протестують його дію на живих клітинах чи тканинах. Головний автор праці Лукас Пфайфер, хімік-органік з École polytechnique fédérale, що в Лозанні, говорить, що успіх такого рішення «дає надію на те, що ми здатні його легко перенести на двигуни, створені з інших хімічних зв’язків».
