Наносенсоры внутри астронавтов предупредят о космической радиации
NASA хочет кое-что разместить внутри своих астронавтов. Причём это «кое-что» настолько крошечное, что будет находиться в живых клетках покорителей космоса. И тогда клетки астронавтов будут предупреждать своих хозяев о том, что их здоровье в опасности.
Для этого нужны лишь биосенсоры размером с молекулу.
А ведь действительно, как хорошо бы было, если б клетки нашего организма сигнализировали о заболевании до появления видимых его признаков. К примеру, микроскопическая опухоль, едва начавшая расти, в принципе безопасна — только вот мы о ней не знаем, клетки молчат.
Вот аэрокосмическое агентство США и предложило учёным разговорить их с помощью нанотехнологий.
Вкратце идея звучит просто: наночастицы-датчики внедряются внутрь клеток и при появлении признаков неприятностей, например, вторжении вируса, начинают светиться — этот сигнал улавливают приборы.
Разумеется, на финансирование этих исследований NASA сподвиг не интерес к здравоохранению в целом, а решение собственной проблемы – необходимостью борьбы с космической радиацией, одним из главных препятствий на пути осуществления пилотируемой миссии на Марс.
Абсолютной защиты астронавтов от излучения во время 6-месячного путешествия на Красную планету придумать пока не удалось. Однако поиск способов контроля, предотвращения и восстановления после воздействия радиации ведётся усиленно.
Недавно грант от NASA был получен Центром биологической нанотехнологии университета Мичигана (Center for Biologic Nanotechnology — CBN), директор которого Джеймс Бейкер (James Baker) считает, что наночастицы — это как раз то, что нужно.
Руководитель группы создателей биосенсоров Джеймс Бейкер (фото с сайта nano.med.umich.edu).
В идеале «наноборьба» с космическим излучением будет вестись так. Перед стартом астронавт использует шприц для подкожных инъекций, чтобы ввести в кровоток прозрачную жидкость, насыщенную миллионами наночастиц.
На время полёта он вставляет в своё ухо маленькое устройство, наподобие слухового аппарата. В течение миссии приборчик использует крошечный лазер для поиска светящихся тревожным светом клеток — это становится возможным, поскольку клетки «текут» по капиллярам барабанной перепонки.
По беспроводной связи данные мониторинга клеток передаются на главный компьютер космического корабля для последующей обработки. Чуть что – и принимаются меры.
Вышеописанный сценарий может воплотиться в жизнь, по крайней мере, через 5-10 лет, но некоторые детали уже сегодня обретают форму в лаборатории CBN.
Так, в самих наночастицах для учёных нет ничего нового, они используют их уже более 5 лет и успешно экспериментируют с ними на животных.
Специфический вид наночастиц, который используют Бейкер и его коллеги напоминает перекати-поле — это шарообразная связка «прутиков», растущих из центральной точки. Учёные называют эти инертные частицы «dendrimers», так как основаны они на древовидных полимерах.
Они служат платформой для строительства биосенсора. Свободные концы прутиков обеспечивают для желающих закрепиться молекул 128 мест.
Эти молекулы, обнаруживая признаки лучевого повреждения, и выкидывают флуоресцентный «красный флаг». То есть получается такой 128-молекульный индикатор.
Наночастица, она же — перекати-поле, будет постепенно выстраиваться вокруг ядра (иллюстрация с сайта physorg.com).
Только вот учёные хотят, чтобы к перекати-поле присоединялись наиболее полезные молекулы, а сами биосенсоры попадали в клетки, особенно чувствительные к радиации. Группа Бейкера в этом смысле нацеливается на белые кровяные клетки — лимфоциты.
Однако, находясь в них, наночастицы должны иметь возможность передать сигнал о повреждениях, так сказать, во внешний мир.
Один из путей состоит в том, чтобы наблюдать за приготовлениями клетки к самоликвидации, ведь лимфоциты действительно совершают самоубийство (апоптозис), когда повреждены радиацией.
Исследователи обнаружили, что можно приложить к наносенсору флуоресцентно окрашенную молекулу, которая реагирует на «ферменты самоубийства». Таким образом, суицидальные лимфоциты могут светиться.
Но ведь и «пылающие» клетки тоже нужно суметь заметить. Специально разработанная лазерная система уже показала, что может идентифицировать тревожные сигналы в кровотоке мыши, когда клетки проходят через капилляры в её ухе.
Тем не менее, говорить о применимости технологии в её нынешнем виде для космической миссии пока ещё слишком рано. Для астронавтов, возможно, нужно будет объединить микролазер с подобным слуховому аппарату прибором.
Тогда и удастся осуществлять контроль над клетками в кровотоке астронавта в реальном времени, и никакого другого оборудования для этого не потребуется.
Космические лучи: что это такое?
