Учёные создали технологию покрытия нано и микрочастиц биомолекулярными конструкциями, объединяющими лекарственную и распознающую части. Система обеспечивает точную доставку противоопухолевых препаратов к пораженным клеткам. Разработку выполнила международная группа специалистов, включая исследователей из МФТИ, Института биоорганической химии им. Шемякина и Овчинникова РАН, Университета Маккуори в Австралии, МИФИ и Сеченовского университета.
"Магическая пуля": Доставить лекарство и нейтрализовать опухоль
Концепцию 'магической пули' сформулировал нобелевский лауреат по физиологии и медицине Пауль Эрлих на рубеже XIX и XX веков. Эта конструкция состоит из двух ключевых элементов: лекарства и агента для распознавания цели — той самой молекулы, которая точно 'узнает' нужную молекулу-мишень в организме. Часто целью становятся рецепторы на поверхности болезнетворных клеток. Агент распознает клетку именно через них. Эта универсальная схема фантастически применима как для терапии, так и диагностики болезней или их одновременного решения (тераностики)! Чтобы собрать такую систему, нужен терапевтический блок, диагностический (или распознающий) блок и очень мощный 'молекулярный клей', надежно их соединяющий.
Сила Молекулярного Клея
Таким идеальным 'клеем' могут выступать белки, способные формировать прочную и стабильную связь. Один из самых надежных на сегодня комплексов — пара компактных бактериальных белков: барназа и барстар. Их невероятная константа связывания приближается к 1014 М-1. Помните: большая величина просто означает суперпрочное молекулярное соединение. Для сравнения, комплексы антиген-антитело — основа нашей иммунной защиты — обычно имеют константы связывания около 108 — 1011 М-1. Работа барназы и барстара выглядит еще увереннее!
Конструктор Направленного Лечения
Благодаря этой паре мы можем творить чудеса. Представьте: к барназе прикрепляем лечебное средство (антитела, препараты, флуоресцентные молекулы), а к барстару — нацеливающий агент. Соединяя эти два блока, мы получаем бифункциональное вещество! Оно одновременно находит цель и оказывает терапевтическое воздействие, обеспечивая чрезвычайно точную доставку лекарства к месту назначения.
Перестраиваемая Платформа
Эта технология открывает потрясающие возможности. Прикрепляя к барназе и барстару самые разные лечебные и распознающие компоненты, мы создаем широкий спектр уникальных тераностических средств, хотя принцип их работы и основа остается одной и той же!
Наноконструктор Будущего
Мы можем поступить еще интереснее: разместить подобные молекулярные конструкции (конечно, необязательно идентичные) на единой платформе — нано- или микрочастице. Это дает фантастические бонусы! Такие частицы могут светиться (флуоресцировать) или даже разрушаться под излучением, уничтожая вслед за собой вредоносные клетки, например, раковые. Еще один потрясающий плюс: на поверхности частицы можно разместить целые десятки молекулярных конструкций, что способно значительно, возможно даже многократно, усилить лечебный эффект!
Идея использования нано- и микрочастиц для прицельной доставки лекарств блестяще развивается в научных лабораториях по всему миру. Авторы недавнего исследования как раз сконструировали и детально исследовали удивительное тераностическое средство, основанное именно на наночастицах и непревзойденном белковом комплексе барназа-барстар. Будущее медицины созидается сегодня!
Замечательная новость из мира науки! Решены ключевые вызовы в сфере связывания наночастиц с биомолекулами. Устаревшие методы химической конъюгации часто приводят к неориентированному присоединению, низкой плотности молекул, пространственным затруднениям при взаимодействии с клеточными рецепторами и требуют значительного времени. Наш новый метод, основанный на белковом модуле барназа-барстар, кардинально меняет ситуацию! Он сохраняет пространственную структуру целевых молекул, обеспечивает высочайшую специфичность и невероятно быструю кинетику образования связей: сборка всех компонентов занимает всего несколько минут. Виктория Шипунова, ведущий автор публикации, сотрудник лаборатории нанобиотехнологий МФТИ и старший научный сотрудник лаборатории молекулярной иммунологии ИБХ им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, подчеркивает значимость разработки.
Как создаётся целевая конструкция
Учёные использовали наночастицы с покрытием из диоксида кремния (SiO2) для последующего присоединения к специальному молекулярному комплексу. Основная цель для этих передовых конструкций — раковые клетки, которые прекрасно распознаются по онкомаркеру HER2 на их поверхности. Белок HER2 управляет ростом и делением клеток. Хотя он присутствует и в здоровых клетках, в злокачественных клетках его уровень аномально высок (гиперэкспрессия). Это одно из ключевых условий их неконтролируемого роста и размножения. Для точного распознавания HER2 ученые выбрали молекулу из высокостабильного класса дарпинов (DARPins — Designed Ankyrin Repeat Proteins, белки с анкириновыми повторами). Эти компактные и исключительно стабильные белки избирательно связываются только с нужной молекулой-мишенью.
Модульный подход — основа универсальности
Помимо важнейшего распознающего дарпина, конструкция содержит специальный пептид, созданный методами генной инженерии. Этот пептид способен прочно связываться с поверхностью нано- или микрочастицы, то есть с диоксидом кремния (SiO2), и содержит белок барстар. Вот как удивительно выглядит итоговая сборка: частица с кремниевым покрытием соединяется через SiO2-связывающий пептид (с барстаром) с ключевым блоком барназа-дарпин. Прелесть решения — в его уникальной модульности! Любой элемент этой конструкции можно легко модифицировать или заменить, регулируя тем самым свойства всего комплекса. По сути, получился настоящий молекулярный конструктор для разработки новейших лекарственных средств.
Перспективы уникальной технологии
Этот прорыв позволил создать по-настоящему универсальный инструмент! Учёные успешно разработали молекулярный конструктор высокой гибкости. Он открывает широкие возможности для простого комбинирования разнообразных молекул, предназначенных как для терапии, так и для точной диагностики различных заболеваний. Исключительно важно, что процесс комбинирования в этой системе бережно сохраняет исходную пространственную структуру и уникальные свойства всех биомолекул, обеспечивая высочайшую эффективность. Будущее терапии выглядит светлее!
Источник: scientificrussia.ru
