Углеродные нанотрубки можно заставить связывать биомолекулы с высочайшей специфичностью — из-за покрывающего их полимера, который будет пропускать к трубкам молекулы только одного вида.
Главное свойство антител — способность узнавать другие молекулы и, связавшись с ними, не отпускать их, сигнализируя о своей находке. Этот дар активно используют в науке и медицине, когда нужно найти некое вещество, какой-то род молекул (обычно белков), за которыми нужно проследить. К антителам в этом случае могут прицепить какой-нибудь светящийся довесок, чтобы они флюоресценцией указали, где находится молекула-мишень.
С появлением углеродных нанотрубок исследователям пришло в голову смешать одно с другим, то есть покрыть эти трубки оболочкой из антител.
Углеродные нанотрубки флюоресцируют при облучении лазером, и если антитела связывают какое-то вещество, то их свечение может усиливаться или ослабевать. Такие трубки могут использоваться как весьма чувствительные молекулярные сенсоры, однако в живых клетках и тканях антитела, покрывающие углеродные наностержни, часто разрушаются. Можно использовать вместо антител аптамеры — последовательности ДНК, которые тоже способны специфично связываться с разными мишенями, однако есть множество молекул, к которым подобрать аптамеры либо чрезвычайно трудно, либо просто невозможно.
Исследователи из Массачусетского технологического института (США) предложили решение, которое позволяет обойтись и без антител, и без аптамеров. В основе их сенсоров — всё та же углеродная нанотрубка, но покрывает её специальный амфифильный полимер, у которого есть регулярно повторяющиеся гидрофобные и гидрофильные области. С нанотрубкой такой полимер взаимодействует гидрофобной частью, а гидрофильные образуют вдоль трубки цепочку петель, которую назвали «короной».
В журнале Nature Nanotechnology Майкл Страно (Michael Strano) и его коллеги описывают, как можно использовать этот слой петель для ловли молекул. В промежутки между петлями могут проникать другие молекулы, но расстояние между гидрофобными петлями полимера и некоторые особенности их структуры позволяют проходить между ними лишь строго определённым веществам. Если молекула оказалась правильной, если ей удалось вклиниться между петлями полимера, она связывается с нанотрубкой и меняет её флюоресценцию.
То есть в данном случае не надо ломать голову над тем, будет ли покрывающий трубку полимер специфично взаимодействовать с нужными молекулами: тут такого взаимодействия просто не предполагается. Авторам работы удалось создать специфичные сенсоры для рибофлавина, гормонов эстрадиола и L-тироксина, но этим возможности нанотрубок не исчерпываются: по мнению исследователей, с их помощью можно ловить и нейромедиаторы, и углеводы, и белки. Нужно лишь покрывать трубки нужным полимером, который позволит взаимодействовать с трубкой только нужному веществу.
Такие сенсоры можно было бы вполне назвать «синтетическими антителами»: специфичность, характерная для антител, достигается у них без использования иммуноглобулинов. Если эти трубки с полимерами докажут свою состоятельность, если с их помощью действительно можно будет вылавливать самые разные молекулы и не беспокоиться насчёт фонового шума, то их ждёт самое блистательное будущее в самых разных отраслях биологии и медицины.
