Микроиглы для точечной фиксации клеток и доставки в них лекарств разработали ученые физического факультета, факультета фундаментальной медицины и факультета наук о материалах МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с коллегами из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Сколковского института науки и технологий. Система из этих кремниевых микроигл, покрытых золотом, надежно фиксирует живые клетки и позволяет регистрировать их состав с помощью усиленной спектроскопии (рамановское рассеяние). Ключевое преимущество разработки — одновременная доставка лекарств в закрепленные клетки и отслеживание молекулярных изменений внутри одной клетки в реальном времени. Результаты исследования опубликованы в авторитетном международном журнале Microchemical Journal (Elsevier).
Микроиглы — это крошечные структуры, способные проникать в ткани. Они обеспечивают точную доставку веществ прямо в клетки или их окружение. Благодаря минимальной травматичности, высокой воспроизводимости и возможности контролируемой модификации, микроиглы стали важным инструментом в биофизике и медицине. Их используют не только для доставки лекарств через кожу, но и для локального введения генов, белков и других молекул в специфические области, например, в опухоли или мозг. Особенно перспективно сочетание микроигл с сенсорами. Это позволяет в реальном времени наблюдать за молекулярными процессами внутри клеток, открывая новые возможности для персонализированной терапии, диагностики и фундаментальных исследований.
Ученые МГУ создали массивы кремниевых микроигл с короноподобными золотыми наноструктурами на концах. Эти структуры не только усиливают локальное электромагнитное поле в 100 миллионов раз, но и способны проникать в живые клетки.
«Эта платформа обладает несколькими уникальными способностями. Есть такой эффект рамановского рассеяния света, когда луч лазера рассеивается неупруго, и полосы света определяют молекулы, поскольку каждая молекула имеет свой спектр. Пользуясь этим, мы можем отличить одну молекулу от другой. Если мы берем плазмонные металлы, такие как наночастицы золота, и структурируем с их помощью поверхность, то мы усиливаем в миллиарды раз сигналы рамановского рассеяния света. Таким образом, система становится высокочувствительной, высокоэффективной, мы можем очень быстро снимать сигналы, то есть сделать экспресс-сенсор», — объяснила заведующая лабораторией кафедры медицинской физики физического факультета МГУ Любовь Андреевна Осминкина.
Платформа из микроигл стабильно фиксирует клетки, сохраняя их жизнеспособность и ограничивая подвижность. При этом она не только регистрирует внутриклеточные изменения, но и доставляет лекарства, например, химиотерапевтический препарат доксорубицин. Ученые показали: если предварительно насытить микроиглы препаратом, то клетки на их поверхности начинают демонстрировать в спектрах признаки токсического воздействия. Это позволяет в реальном времени отслеживать реакцию клетки на терапию — без искусственных меток и без повреждения клеточной мембраны.
«Обычно клетки постоянно находятся в движении даже на чашках Петри. Снять сигналы рамановского рассеяния света от живых клеток — достаточно непростая задача. Тем более если мы хотим снять, как меняется сигнал в одиночной клетке со временем. Это почти невыполнимая задача, потому что за время съемки (от нескольких часов до дней) живая клетка успевает уползти из-под лазерного луча. Надо все время находить, где конкретно находится клетка, различать одну клетку от другой. А тут мы можем оставить клетку живой, иммобилизовать ее и исследовать именно одиночную клетку, высаженную на поверхности микроигл», — отметила Л.А. Осминкина.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант № 24-15-00137) и Научно-образовательной школы МГУ «Фотоника» (23-SCH06−19).
Источник изображения: Microchemical Journal, Volume 215, August 2025, 114178
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
