Группа исследователей из Сколковского института науки и технологий (Сколтех), научного центра LIFT и Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА представила инновационные микрокапсулы, предназначенные для доставки белков в клетки-предшественницы нервной системы. Эти капсулы способны высвобождать белки по сигналу лазера, что позволяет точно управлять развитием клеток и отслеживать результаты воздействия.

Клетки-предшественницы, находясь в незрелом состоянии, могут трансформироваться в нейроны или вспомогательные клетки глии, в зависимости от получаемых сигналов, их концентрации и времени воздействия. Если же сигнальный белок просто добавить в питательную среду, его действие будет распространяться на множество клеток одновременно, что значительно ограничивает точность управления процессом.

В ходе исследований ученые поместили белки в капсулы, размеры которых составляют примерно 1,7 микрометра в диаметре. Многослойная полимерная оболочка этих капсул включает золотые наностержни и флуоресцентные красители. Под воздействием света эти компоненты способствуют разрушению оболочки и высвобождению белкового содержимого.

В экспериментах использовались нейротрофический фактор BDNF и транскрипционный фактор NeuroD1. После того как капсулы были поглощены клетками, ученые облучали выбранные участки. Высвобождение BDNF приводило к увеличению числа клеточных отростков, тогда как NeuroD1 способствовал их ветвлению и придавал клеткам признаки ранних нейронов. Все эффекты оставались локальными, что подчеркивает точность нового метода.

Метод был также протестирован на нейросфероидах — трехмерных агрегатах клеток. Для этих экспериментов использовалось ближнее инфракрасное излучение и двухфотонное возбуждение, что позволяло ограничить воздействие на малый объем в фокусе лазера. Таким образом, белок был высвобожден в отдельных клетках внутри образца.

Дополнительное облучение изменяло цвет красителя в капсуле, что позволяло помечать обработанные клетки. Флуоресцентные метки сохраняли свою различимость в течение двух недель. При применении использованных параметров воздействия система не снижала выживаемость клеток, что является значительным достижением.

Данная разработка открывает новые горизонты для изучения формирования нервной ткани и создания более сложных клеточных культур. Однако возможность её применения для восстановления после травм головного и спинного мозга остаётся на стадии перспективы, так как лечение подобных повреждений у пациентов в рамках этой работы не проводилось.