By Однією з найкращих стратегій природи у сфері реалізації руху на клітинному рівні є високоефективні молекулярні «двигуни». Ці часточки перетворюють хімічну енергію в механічну, аби виконати такі завдання, як транспортування субстанцій всередині клітин, стиснення мʼязових волокон і сегментація ланцюжків ДНК – пише Рейчел Берковіц у часописі Scientific American.
Від 1999 року хіміки здатні утворювати синтетичні часточки, котрі обертаються на 360° під впливом світла або хімічних чинників. Ці монофункціональні моторчики можуть генерувати сили на поверхні, переносити субстанції до датчиків і заряджати нанорозмірні знаряддя. Однак, науковцям нелегко їх контролювати чи відслідковувати, оскільки вони занурені в непрозорій біологічній тканині.
Згідно з працею, опублікованою в Science Advances, молекулярні мотори нового типу вирішують обидві ті проблеми – вони здатні переключатись між ротацією та флуоресценцією під впливом світла з різною довжиною хвиль. «Небагато хімічних звʼязків характеризується двома відмінними реакціями на світло, а це перший двигун, що проявляє такі характеристики» – говорить співавтор цієї праці Максім Пшенічніков, дослідник з Rijks-universiteit у голландському місті Ґронінґен.
Пшенічніков і його співробітники під керівництвом хіміка-органіка з Ґронінґену Бена Ферінги, лауреата Нобелівської премії 2016 року, створили часточку з подвійною функцією, додаючи хімічну субстанцію під назвою трифеніламін до простого молекулярного мотора, що йому дозволило реагувати на світло різними способами. Низькоенергетичне світло давало двигунові давало двигунові лише стільки потужності, щоб він міг обертатися, тоді як світло високоенергетичне його перезбуджувало, що призводило до викидання надміру енергії шляхом емісії фотонів – так виникала флуоресценція. Крім того, на відміну типових молекулярних моторів, які заряджаються ультрафіолетовим світлом, яке пошкоджує тканини, той новий звʼязок реагував на інфрачервоний спектр, що проникає глибше під шкіру, не призводячи до її пошкодження.
Такого типу флуоресцентний двигун міг би знайти застосування там, де вимагається точна локалізація – наприклад міг би вступати у взаємодію з різними клітинними структурами, вказуючи водночас на пройдений ним шлях підчас постачання і активації ліків. «Як гарно було б, якби ми могли фактично слідкувати за рухом мотору у клітинах і використовувати його для механічного втручання, постачання [ліків] і діагностики» – каже Ферінга.
Сальма Кассем, хімічка з City University of New-York, котра не брала участі у цих дослідженнях, твердить, що новий мотор є важливим кроком у напрямку контрольованої світлом фармакології: «Це значний виклик, щоб поєднати здатність до отримання даних і функціональність у одній малій часточці таким чином, аби обидві ці характеристики не перешкоджали одна одній. У цій праці досягнуто розподіл обох таких ролей простим і елегантним способом».
Дослідники планують використати цю технологію для отримання мотору з біологічною функцією, такою як поєднання із визначеними клітинними рецепторами. Потім протестують його дію на живих клітинах або ж тканинах. Головний автор праці Лукас Пфайфер, органічний хімік з École Polytechnique fédérale, що у Лозанні, каже, що успіх такого рішення «дає надію на те, що ми зможемо його легко перенести на мотори, створені з інших хімічних звʼязків».
