В университете Калифорнии в Беркли (UC Berkeley) профессор Борис Рубинский (Boris Rubinsky) и его бывший аспирант Юн Хуан (Yong Huang) три года назад изобрели так называемый бионический чип.

В пределах миллисекунд после того, как клетка подверглась нападению ядовитого агента, чип обнаруживает изменения в электрическом сопротивлении мембраны и подаёт сигнал тревоги.

"Определение жизнеспособности клетки — важный процесс в науке. Потеря физической целостности плазменной мембраны — один из главных признаков смерти клетки, — пишут учёные в авторитетном журнале Sensors and Actuators.

- Жизнеспособность клетки обычно определяется посредством экспертизы мембранной целостности с использованием окрашенных молекул. Нам же пришло в голову, что когда мембрана клетки теряет способность блокировать окрашенную макромолекулу, её пропускная способность ионов также должна измениться.

Поэтому, оценивая электрические свойства мембраны клетки, можно обнаружить признаки мембранной целостности. Мы разработали и изготовили чип, чтобы измерить электрические потоки, которые проходят через одну клетку".

Запатентовав и всячески залицензировав своё изобретение, исследователи продолжают его совершенствовать, без особого удивления обнаруживая всё новые области для применения своего чипа: от тестирования лекарственных препаратов до обнаружения химического оружия во время террористических нападений или на поле боя.

В новом проекте бионического чипа, начатом в 2003 году, клетка, по существу, живёт в богатой питательными веществами культуре между двумя электродами на кремниевой плате.

Электроды непрерывно исследуют мембрану клетки и отслеживают силу ионного потока, который может через неё проходить. Неповреждённая мембрана пройти ионам, по идее, не позволяет, а "прохудившаяся" — пожалуйста.

Изменение в "мембранной проходимости" формирует основу для традиционной проверки клеток на жизнеспособность, которой пока тоже пользуются в Беркли: как уже говорилось, флуоресцентно-окрашенные молекулы могут проходить только через мембраны мёртвых клеток, то есть, в случае беды чип начинает светиться — видно под микроскопом.

Юн Хуан и Борис Рабинский демонстрируют свой чип (фото berkeley.edu).

Эту-то традиционную, но сложную и длительную окрашивающую технологию, требующую полчаса и больше, исследователи собираются каким-то образом заменить своим устройством предупреждения, для которого это вопрос миллисекунд или секунд.

"С бионическим чипом клетка производит "динамическую электрическую подпись", так что вы можете контролировать процесс её смерти в режиме реального времени, — сообщил Юн Хуан. — Такого никогда прежде не было, особенно на уровне одной единственной клетки".

"Красота этого микроэлектромеханического (MEMS — micro-electromechanical) устройства в том, что оно обнаруживает жизнеспособность клетки мгновенно, — рассказал Борис Рабинский. — Чип будет неоценим в случае биохимической атаки, когда нет времени на анализ".

"Солдаты могли бы носить этот биохимический датчик, скажем, на именном жетоне, — добавляет Хуан. – Причём заметьте, вы можете не только узнать, жива клетка или мертва, но и, сравнивая электрические сигналы, определить степень повреждения мембраны. Это очень трудно сделать без нашей технологии".