Ученые разработали универсальную систему для создания «магической пули» против рака — Naked Science
31.05.2018
ФизТех

Ученые разработали универсальную систему для создания «магической пули» против рака

Биофизики создали платформу для покрытия (модификации) поверхностей нано- и микрочастиц конструкциями из биомолекул.

Ученые разработали универсальную систему для создания «магической пули» против рака / ©Пресс-служба МФТИ

Такие конструкции могут иметь лекарственную и распознающую части и использоваться для направленной доставки лекарственных средств к опухоли. Работа опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Разработкой занималась международная группа ученых, в которую входят исследователи из МФТИ, Института биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, МИФИ, ПМГМУ им. И. М. Сеченова и Университета Маккуори (Австралия).«Магическая пуля»: доставить и вылечить

Концепция «магической пули» была сформулирована лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине Эрлихом Паулем на рубеже ХIХ и ХХ веков. Это конструкция, состоящая из двух частей: лекарственного средства и распознающего цель агента — молекулы, которая может «узнавать» другую молекулу в организме (цель). Целью чаще всего являются рецепторы на поверхности «проблемной» клетки, с помощью которых агент ее и распознает. Такая универсальная система может применяться как для терапии, так и для диагностики заболевания или одновременной диагностики и терапии (тераностики). Для создания подобной системы необходимы терапевтический и диагностический (распознающий) блоки, а также мощный «молекулярный клей», который сможет их соединить.

В качестве «клея» могут выступать белки, способные крепко связываться друг с другом, образуя стабильный комплекс. Одним из самых стабильных комплексов является пара небольших бактериальных белков — барназа и барстар, их константа связывания около 1014 М -1. Чем больше константа связывания, тем крепче молекулы соединены друг с другом. Для сравнения: белковые комплексы типа антиген-антитело, на которых основана работа нашей иммунной системы, имеют константы связывания в диапазоне 108 – 1011 М-1. На основе барназы и барстара можно создавать отдельные блоки, присоединяя, например, терапевтическое средство (антитела, лекарства, флуоресцентные молекулы и так далее) к барназе, а направляющий агент — к барстару.

Затем при совмещении блоков образуется бифункциональное соединение, имеющее и направляющий, и лекарственный эффекты, с помощью которых возможна направленная доставка лекарственного средства. Таким образом, «пришивая» к барназе и барстару разнообразные терапевтические и распознающие молекулы, мы можем получить различные тераностические средства, основанные на одинаковом принципе. Подобные молекулярные конструкции (не обязательно одинаковые) можно поместить на единый носитель — нано- или микрочастицу. Частицы могут обладать дополнительными свойствами: к примеру, могут флуоресцировать или разрушаться под воздействием излучения и вслед за собой уничтожать вредоносные (например, раковые) клетки. Кроме того, на поверхности частиц можно разместить десятки молекулярных конструкций, что может увеличить терапевтический эффект.Наноконструктор

Идея доставки лекарственных средств на основе нано- и микрочастиц активно развивается в научных лабораториях. Авторы исследования сконструировали и изучили свойства тераностического средства на основе наночастиц и белкового комплекса барназа-барстар.

Ученые разработали универсальную систему для создания «магической пули» против рака
Рисунок 1. Схема образования наноконструкции на основе наночастиц и белкового комплекса барназа-барстар

«Большинство существующих на сегодняшний день методов химической конъюгации наночастиц с биомолекулами имеют ряд серьезных проблем. Это неориентированное присоединение и низкая плотность присоединяемых молекул, пространственные затруднения при связывании с рецепторами на поверхности клеток, длительное время модификации и ряд других. Разработанный нами метод на основе белкового модуля барназа-барстар не изменяет пространственной структуры распознающих молекул, обладает высокой специфичностью и быстрой кинетикой образования: на соединение всех блоков уходит несколько минут», — говорит первый автор статьи, сотрудник лаборатории нанобиотехнологий МФТИ, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной иммунологии ИБХ им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН Виктория Шипунова.

Ученые использовали частицы с покрытием из диоксида кремния SiO2 для присоединения к молекулярному комплексу. Основная цель описанных в работе конструкций — раковые клетки, которые можно распознать с помощью онкомаркера HER2 на их поверхности. HER2 — это белок, отвечающий за рост и деление клеток. Он присутствует также и в здоровых клетках, но в раковых клетках HER2 находится в избытке (гиперэкспрессируется), что в том числе позволяет раковой клетке бесконтрольно делиться и расти. В качестве распознающего HER2 агента ученые выбрали молекулу из класса дарпинов (DARPins — Designed Ankyrin Repeat Proteins — белки с анкириновыми повторами). Это небольшие и очень стабильные белки, способные избирательно связываться с молекулой-мишенью. Помимо распознающей молекулы дарпина, конструкция должна также содержать молекулу, способную соединяться с поверхностью нано- или микрочастицы, то есть с диоксидом кремния.

Ученые разработали универсальную систему для создания «магической пули» против рака
Рисунок 2. Схема действия тераностических конструкций

Ученые использовали для этой цели SiO2-связывающий пептид, полученный методами генной инженерии. В итоге окончательная конструкция выглядит следующим образом: нано- или микрочастица, покрытая диоксидом кремния, посредством SiO2-связывающего пептида с барстаром соединяется с блоком барназа-дарпин (рисунок 1). Важно отметить, что каждый из этих элементов можно изменить или даже заменить, влияя на свойства всей конструкции. Получился своего рода молекулярный конструктор для создания новых лекарственных средств.

Таким образом, исследователям удалось создать универсальный молекулярный конструктор, который позволяет легко комбинировать различные молекулы для терапии и диагностики заболеваний, сохраняя их пространственную структуру и свойства.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
7 часов назад
Илья Ведмеденко

Модернизированный стратегический бомбардировщик Ту-160 снова поднялся в небо. Самолет среди прочего получил обновленную силовую установку.

Сегодня, 06:05
Василий Парфенов

Статистика израильского Минздрава показывает неприятные новости для родителей, беспокоящихся о здоровье ребенка во время пандемии. По данным национального исследования, свыше 11% детей, которым поставили диагноз Covid-19, сохраняют симптомы заболевания более чем через 12 недель после заражения. Это состояние получило название «продолжительный» Covid-19, или «постковидный синдром», а его причины пока не до конца ясны медикам и ученым.

Вчера, 13:58
Алиса Гаджиева

На месте будущей дороги в Калининградской области археологи обнаружили некрополь III-VI веков нашей эры.

Позавчера, 06:30
Мария Азарова

Ученые проверили содержание побочных продуктов дезинфекции в чае, который заваривали водопроводной или наночистой водой с хлором. Уровни этих соединений в напитке были ниже, чем в самой воде, однако большинство из них оказались неизвестны исследователям — как и их воздействие на здоровье человека.

15 сентября
ПНИПУ

Ученые Пермского Политеха и Хуачжунского университета науки и технологии (КНР) создали уникальную технологию, которая позволит предприятиям производить промышленные изделия без дефектов. Лазерная сварка в вакууме позволит повысить качество ответственных конструкций в аэрокосмической и машиностроительной отраслях. Российские и зарубежные ученые реализовали разработку благодаря уникальному проекту международных исследовательских групп (МИГов), который действует в Пермском крае с 2011 года и не имеет аналогов в России.

15 сентября
Ольга Иванова

Американские исследователи выяснили, что в женских тампонах содержатся летучие органические соединения, которые влияют на присутствие этих веществ в моче. Интересно, что в прокладках их содержание значительно ниже.

3 сентября
Алиса Гаджиева

Два бронзовых тарана и свинцовые пули обнаружили на месте битвы при Эгатских островах, состоявшейся почти 23 века назад.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

9 сентября
Алиса Гаджиева

Необычный артефакт обнаружили в одном из пунктов сбора вторсырья в Красноярском крае.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: