Ученые разработали универсальную систему для создания «магической пули» против рака — Naked Science
11 минут
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.
ФизТех
202 статей
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.
Вчера, 18:58
8 минут
Мария Азарова

На «Романцевских горах» в Тульской области нашелся еще один серебристый «монолит». Однако теперь мы знаем, кто его создал — и с какой целью.

7 часов назад
24 минуты
Ольга Иванова

Почему провидцы не предсказали пандемию коронавируса? Ответ очевиден: по той же причине, по которой они не выигрывают в лотерею. Экстрасенсы попросту не знают будущего. Впрочем, этот факт неочевиден для большинства тех, кто верит в мистику. Разберемся, почему люди не обращают внимание на такие простые противоречия и безоговорочно доверяют экстрасенсам, когда их предсказания начинают совпадать с действительностью. Спойлер: дело не в недостатке образования.

Вчера, 13:59
4 минуты
Ольга Иванова

Финские ученые показали: чтобы привести образование глюкозы в крови к нормальным значениям, достаточно съесть после еды черную смородину. Они уточнили также размер порции этого продукта.

30 ноября
7 минут
Василий Парфенов

История с загадочным артефактом в американском штате Юта становится все запутаннее. Мало того, что, вопреки всем предосторожностям властей, «монолит» нашли любопытные граждане, так его еще украли. А недавно стало известно об аналогичной находке в Европе — на территории археологического памятника в Пятра-Нямце, Румыния.

Позавчера, 15:12
2 минуты
Илья Ведмеденко

В Калифорнии нашелся новый объект, похожий на монолит из «Космической одиссеи». Ранее нечто похожее обнаружили в штате Юта и на территории Румынии.

Вчера, 18:58
8 минут
Мария Азарова

На «Романцевских горах» в Тульской области нашелся еще один серебристый «монолит». Однако теперь мы знаем, кто его создал — и с какой целью.

14 ноября
34 минуты
Василий Парфенов

На вопрос, кто проживает на дне океана, люди отвечают по-разному. Дети и некоторые взрослые скажут: Губка Боб Квадратные Штаны. Фанаты Лавкрафта благоговейно, но с огоньком в глазах пробормочут нечто вроде «Ктулху фхтагн». А подводники и океанологи задумчиво посмотрят на вопрошающего и, если повезет, расскажут много интересного. Про квакеров, «биоуток», «блуп» и еще Посейдон его знает какие аномальные явления подводного мира.

22 ноября
24 минуты
Александр Березин

Планеты вокруг нашего Солнца расположены совсем не так, как в других системах. И это имеет крайне необычные практические последствия: расчеты показывают, что вокруг нашей звезды должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Одна из них куда-то бесследно исчезла – и это еще в лучшем случае. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно в этом виноват.

24 ноября
8 минут
Мария Азарова

Попадание патогена в эпителий слизистой дыхательных путей и захват вирусом бокаловидных клеток приводит к нарушению слизистого барьера. Из-за уменьшения количества муцина снижается не только обонятельная чувствительность, но и возникают неприятные ощущения в носу и рту, в том числе сухость.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: