Полупроводниковые квантовые точки могут выступать в качестве внутриклеточных флуоресцентных красителей. Тем не менее, есть много маленьких «но», из-за которых применение квантовых точек в живых системах ограничено.
Например, одним из привлекательных применений является избирательное окрашивание внутриклеточных структур. Наибольший интерес представляет окрашивание живых клеток, поскольку это дает возможность следить за протеканием различных внутриклеточных процессов. Казалось бы, подобное окрашивание довольно просто осуществить: достаточно «пришить» к квантовым точкам антитела, которые бы избирательно связывались с интересующими исследователя белками. Проблема состоит в том, что квантовые точки попадают внутрь клетки в составе лизосом. Лизосома содержит большое число пищеварительных ферментов, и если квантовая точка и сумеет впоследствии проникнуть в цитоплазму клетки, то все пришитые к ней пептиды наверняка будут к тому времени разрушены.
Исследователи из университета Торонто (Канада) попытались обойти эту проблему следующим образом. Они поместили квантовые точки CdSe/ZnS в наносферы полимера PLGA (poly(D,L-lactide-co-glycolide)) 104,5 нм в диаметре. Этот полимер нестабилен в водной среде и в течение первых же 12 часов около 50% квантовых точек высвобождаются из наносфер (рисунок 1с). Тем не менее, этого времени достаточно, чтобы наносферы проникли в цитоплазму клеток.
Чтобы облегчить попадание полученных нанокомпозитных частиц (авторы называют их сокращенно QDNC) в клетку, к ним необходимо пришить какие-либо лиганды для связывания с поверхностью плазматической мембраны. В данном случае QDNC были модифицированы эпидермальным фактором роста клеток (EGF). После связывания рецептора с лигандом наночастицы заключаются в лизосомы, откуда через некоторое время высвобождаются в цитоплазму. Полимерная оболочка тем временем разрушается, и квантовые точки, целые и невредимые, могут связаться с теми внутриклеточными элементами, антителами к которым снабдила их фантазия исследователей (рисунок 2).
Высвобождение QDNC из лизосом в цитоплазму – момент тонкий, очень интересный и не полностью изученный. По-видимому, все дело в том, что в кислых условиях поздней лизосомы полимер PLGA приобретает положительный заряд и локально дестабилизирует мембрану лизосомы. В пользу подобного объяснения говорит тот факт, что положительно заряженные частицы вообще обладают способностью разрушать лизосомы, тогда как отрицательно заряженным такой номер не удается. В данном же случае авторы особо подчеркивают, что разрушение мембраны лизосомы имеет локальный характер и не наносит существенных повреждений клетке.
Ученые показали, что, используя квантовые точки разных цветов, конъюгированные с разными лигандами, можно одновременно окрасить несколько частей клетки. Например, на рисунке 3 представлена микрофотография клетки бластомы человека, где при помощи квантовых точек окрашены митохондрии и актин. Так были успешно продемонстрированы возможности неразрушающего окрашивания живых клеток для изучения протекания всевозможных биологических процессов. Статья «Biodegradable Quantum Dot Nanocomposites Enable Live Cell Labeling and Imaging of Cytoplasmic Targets» опубликована в Nano Letters.
Например, одним из привлекательных применений является избирательное окрашивание внутриклеточных структур. Наибольший интерес представляет окрашивание живых клеток, поскольку это дает возможность следить за протеканием различных внутриклеточных процессов. Казалось бы, подобное окрашивание довольно просто осуществить: достаточно «пришить» к квантовым точкам антитела, которые бы избирательно связывались с интересующими исследователя белками. Проблема состоит в том, что квантовые точки попадают внутрь клетки в составе лизосом. Лизосома содержит большое число пищеварительных ферментов, и если квантовая точка и сумеет впоследствии проникнуть в цитоплазму клетки, то все пришитые к ней пептиды наверняка будут к тому времени разрушены.
Исследователи из университета Торонто (Канада) попытались обойти эту проблему следующим образом. Они поместили квантовые точки CdSe/ZnS в наносферы полимера PLGA (poly(D,L-lactide-co-glycolide)) 104,5 нм в диаметре. Этот полимер нестабилен в водной среде и в течение первых же 12 часов около 50% квантовых точек высвобождаются из наносфер (рисунок 1с). Тем не менее, этого времени достаточно, чтобы наносферы проникли в цитоплазму клеток.
Чтобы облегчить попадание полученных нанокомпозитных частиц (авторы называют их сокращенно QDNC) в клетку, к ним необходимо пришить какие-либо лиганды для связывания с поверхностью плазматической мембраны. В данном случае QDNC были модифицированы эпидермальным фактором роста клеток (EGF). После связывания рецептора с лигандом наночастицы заключаются в лизосомы, откуда через некоторое время высвобождаются в цитоплазму. Полимерная оболочка тем временем разрушается, и квантовые точки, целые и невредимые, могут связаться с теми внутриклеточными элементами, антителами к которым снабдила их фантазия исследователей (рисунок 2).
Высвобождение QDNC из лизосом в цитоплазму – момент тонкий, очень интересный и не полностью изученный. По-видимому, все дело в том, что в кислых условиях поздней лизосомы полимер PLGA приобретает положительный заряд и локально дестабилизирует мембрану лизосомы. В пользу подобного объяснения говорит тот факт, что положительно заряженные частицы вообще обладают способностью разрушать лизосомы, тогда как отрицательно заряженным такой номер не удается. В данном же случае авторы особо подчеркивают, что разрушение мембраны лизосомы имеет локальный характер и не наносит существенных повреждений клетке.
Ученые показали, что, используя квантовые точки разных цветов, конъюгированные с разными лигандами, можно одновременно окрасить несколько частей клетки. Например, на рисунке 3 представлена микрофотография клетки бластомы человека, где при помощи квантовых точек окрашены митохондрии и актин. Так были успешно продемонстрированы возможности неразрушающего окрашивания живых клеток для изучения протекания всевозможных биологических процессов. Статья «Biodegradable Quantum Dot Nanocomposites Enable Live Cell Labeling and Imaging of Cytoplasmic Targets» опубликована в Nano Letters.
