Метод включает изготовление крошечного отверстия в кремниевом чипе, над которым стимулируется рост липидных мембран, подобных тем, которые окружают клетки. Затем ионный канал синтезируется отдельно и врезается в мембрану во время центрифугирования.
Ионные каналы — это поры, состоящие из белков, которые существуют в некоторых клеточных мембранах, например, в клетках сердечной мышцы. Они открываются и закрываются, чтобы пропустить ионы, создавая электрический сигнал. Некоторые лекарства имеют побочные эффекты, воздействуя на эти ионные каналы. Например, антигистаминный астемизол, который в настоящее время снят с рынка США, может перекрывать канал ионов калия, участвующих в регуляции сердцебиения.
Его прием может привести к нерегулярному сердцебиению.Ученые изучают способы проверки лекарств на наличие побочных эффектов на ионные каналы.
Доступные в настоящее время методы несовершенны. В одном методе стволовые клетки направляют на трансформацию в клетки сердечной мышцы, которые имеют определенный тип ионного канала, на который нацелены испытания на наркотики. Однако этот метод утомителен и может занять до 90 дней на подготовку.
Другие, менее трудоемкие методы включают введение ионных каналов в искусственно сформированные липидные мембраны, закрывающие небольшое отверстие, сделанное в микросхеме микро- или наноразмеров. Но современные методы приводят к образованию нестабильных мембран, что снижает их эффективность во время экспериментов.Профессор Аюми Хирано-Ивата из Передового института исследования материалов Университета Тохоку и ее команда изготовили три кремниевых чипа с отверстиями разной формы и сравнили их способность принимать липидные мембраны, содержащие ионные каналы.
Каждый чип был сделан из толстого слоя кремния, покрытого тонким слоем нитрида кремния, а затем тонким слоем оксида кремния. За несколько шагов центральная часть чипа была вытравлена, чтобы образовалось крошечное отверстие. Форма отверстия очень незначительно варьировалась в зависимости от типа кислоты, используемой для растворения материала. Команда обнаружила, что отверстие, которое обеспечивает наибольшую стабильность липидным мембранам при формировании над ним, имеет постепенно сужающийся край.
Больший процент мембран оставался прикрепленным к сужающемуся краю во время центрифугирования (45%) и при приложении к ним небольших усилий (75%) по сравнению с мембранами, прикрепленными к двум другим отверстиям (от 0% до 20%).Команда добавила бесклеточный синтезированный ионный канал сердечной мышцы, называемый hERG, на мембраны путем центрифугирования. Им удалось обнаружить электрические токи в каналах и заблокировать токи с помощью лекарственного препарата астемизол, который оказывает хорошо известное неблагоприятное воздействие на каналы hERG в сердце.
Их подход может «служить новой платформой для скрининга для оценки потенциальных рисков побочных эффектов лекарств, действующих на каналы hERG пациентов», — заключают исследователи в своем исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports.