由光驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)分子已被用于在單個(gè)細(xì)胞的膜中鉆孔，并且顯示出將治療劑帶入細(xì)胞或直接誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的希望。Rice，Durham(英國)和北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員在實(shí)驗(yàn)室測試中證明了單分子納米機(jī)器中的轉(zhuǎn)子如何被紫外線激活，以每秒2-3百萬轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，并在細(xì)胞中打開膜。

研究人員使用的電機(jī)基于諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Bernard Feringa的工作，他在2016年獲得了化學(xué)獎(jiǎng)。電機(jī)本身就是一個(gè)類似槳狀的原子鏈，當(dāng)被提供能量時(shí)，它可以被提示向單一方向移動(dòng)。作為細(xì)胞靶向分子的一部分適當(dāng)?shù)匕惭b，當(dāng)通過光源激活時(shí)，可以使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。

本周在自然界詳細(xì)介紹的工作由化學(xué)家James Tour of Rice，Durham的Robert Pal和北卡羅來納州的Gufeng Wang領(lǐng)導(dǎo)。他們的實(shí)驗(yàn)室合作創(chuàng)造了幾種可以歸巢于特定細(xì)胞的機(jī)動(dòng)分子，他們觀察了當(dāng)用光激活電機(jī)時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

巡回實(shí)驗(yàn)室之前展示了分子馬達(dá)，當(dāng)被紫外線激活時(shí)，如果沒有特別指示，其在溶液中的擴(kuò)散得到增強(qiáng)。轉(zhuǎn)子需要每秒旋轉(zhuǎn)2到3兆赫-2到300萬次 - 以顯示它們可以克服相鄰分子所呈現(xiàn)的障礙并超過自然布朗運(yùn)動(dòng)。“我們認(rèn)為有可能將這些納米機(jī)器連接到細(xì)胞膜上，然后將它們打開以查看發(fā)生的情況，”Tour說。只有大約一納米寬的電機(jī)可以設(shè)計(jì)成目標(biāo)，然后通過細(xì)胞的脂質(zhì)雙層膜隧道輸送藥物或其他有效負(fù)載或破壞8-10納米寬的膜，從而殺死細(xì)胞。他說，它們還可以用于溶解度和熒光跟蹤功能化。

“這些納米機(jī)器非常小，我們可以在人類頭發(fā)的直徑上停放50,000個(gè)，但是它們在這個(gè)小型包裝中結(jié)合了靶向和驅(qū)動(dòng)組件，使分子機(jī)器成為治療疾病的現(xiàn)實(shí)，”Tour說。

Rice實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造了10種變體，包括幾種大小的運(yùn)動(dòng)軸承分子和設(shè)計(jì)用于靶向特定細(xì)胞死亡的攜帶肽的納米機(jī)器，以及與其他納米機(jī)器相同但沒有馬達(dá)的對照分子。

Wang實(shí)驗(yàn)室首次成功測試了機(jī)動(dòng)分子打開合成脂質(zhì)雙層囊泡的能力，使染色溶液進(jìn)入內(nèi)部。接下來，他們將攜帶染料的分子馬達(dá)捕獲在囊泡內(nèi)，用紫外線激活它們，看著熒光染料褪色，這表明馬達(dá)已穿過囊泡壁。

研究人員發(fā)現(xiàn)，電機(jī)穿過膜需要至少一分鐘。“細(xì)胞不太可能產(chǎn)生對分子機(jī)械作用的抵抗力，”Tour說。

帕爾預(yù)計(jì)納米機(jī)器將有助于針對抵抗現(xiàn)有化療的乳腺腫瘤和黑色素瘤等癌癥。“一旦開發(fā)出來，這種方法可以為非侵襲性癌癥治療提供潛在的改變，并大大提高全球的生存率和患者福利，”他說。

達(dá)勒姆的Pal實(shí)驗(yàn)室測試了活細(xì)胞上的馬達(dá)，包括人類前列腺癌細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)表明，沒有紫外線觸發(fā)，電機(jī)可以定位感興趣的特定細(xì)胞，但留在目標(biāo)細(xì)胞的表面，無法鉆入細(xì)胞。然而，當(dāng)觸發(fā)時(shí)，電動(dòng)機(jī)快速穿過膜。

Pal說，設(shè)計(jì)用于靶向前列腺癌細(xì)胞的測試電機(jī)從外部突破了它們的膜，并在激活后的一到三分鐘內(nèi)將它們殺死。細(xì)胞的視頻顯示在激活后幾分鐘內(nèi)增加的起泡 - 膜的鼓泡。

較小的分子馬達(dá)更難以跟蹤，但證明在紫外線激活后迅速進(jìn)入細(xì)胞，破壞其膜并殺死它們更好。據(jù)研究人員稱，無電機(jī)控制分子在紫外線照射下無法殺死細(xì)胞，這消除了紫外線的熱吸收作為破壞的原因。

他們預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)子最終可能被雙光子吸收，近紅外光或射頻激活，這將使該技術(shù)更適用于體內(nèi)治療; 這將為建立新穎，簡單且具有成本效益的光動(dòng)力療法鋪平道路。“研究人員已經(jīng)開始進(jìn)行微生物和小魚的實(shí)驗(yàn)，以探索體內(nèi)療效，”Tour說。“希望將這一切迅速轉(zhuǎn)移到嚙齒類動(dòng)物身上，以測試納米機(jī)器對各種藥物治療的療效。”