Испанцы поместили чипы в живые человеческие клетки

Несколько простейших чипов, созданных для экспериментального внедрения в клетки.

Масштабная линейка – 3 микрометра (фото Wiley-VCH Verlag).

Простейшие образцы чипов способны интегрироваться в биологическую клетку, не нарушая её естественную работу. Яркий опыт провели учёные из Национального центра микроэлектроники (IMB-CNM).

Ранее при "скрещивании" чипов и клеток речь шла либо о подключении электроники к набору нейронов при помощи электродов, либо о выращивании клеточных культур на поверхности микросхем и их последующем взаимодействии. Теперь экспериментаторы перевернули прежние подходы с ног на голову: поместили чипы внутрь клеток.

В качестве подопытных были взяты клетки слизевика-диктиостелиума (Dictyostelium discoideum), одного из распространённых модельных организмов в клеточной биологии, а также человеческие клетки HeLa, нередко используемые в биомедицинских исследованиях.

Команда построила несколько чипов из поликристаллического кремния поперечником от 1,5 до 3 микрометров и толщиной 0,5 мкм. При первых инъекциях таких объектов в клетки процент выживаемости последних был невысок.

Тогда учёные применили липофекцию (lipofection) — вставку чужеродного материала при помощи капсулирования "посылки" в липосоме (липидном пузырьке). Это в корне поменяло ситуацию. Даже через семь дней после вживления чипов более 90% клеток из культуры HeLa оставались в полном порядке.

Чип (белая точка, отмеченная стрелкой) в клетках слизевика (вверху) и HeLa (внизу). Синие пятна – клеточные ядра. Масштабные линейки – 10 микрометров. Серия кадров – различные конфокальные срезы, подтверждающие, что кремниевые пластинки действительно находятся в середине живых клеток (фото Rodrigo Gomez-Martinez et al.).

Чтобы убедиться, что с целью вставки можно изготавливать и более сложные чипы, авторы поэкспериментировали с интеграцией в "датчики" различных материалов и с построением на их поверхности трёхмерных структур при помощи фокусированного ионного луча. (Детали опытов испанских учёных можно найти в статье в издании Small и новости в журнале Nanowerk.)

Ранее исследователи проводили эксперименты по внедрению в клетки различных микро- и наночастиц, например с целью доставки лекарств, но кремниевые чипы, созданные при помощи традиционной фотолитографии, обладают рядом преимуществ: их можно изготавливать с очень высокой точностью, они могут нести толику логических схем и даже микроэлектромеханические компоненты. (Читайте также про RFID-порошок)

Прогноз на ближайшие 20 лет роста числа транзисторов, которые могут уместиться внутри одной клетки. Такие чипы могут служить датчиками, передающими информацию о происходящем в цитоплазме, а значит, способны оказать огромную услугу научным исследованиям и медицине (иллюстрация J.A.Plaza, IMB-CNM/CSIC).