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
213 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.
Сегодня, 07:05
10 минут
Василий Парфенов

Американские исследователи проанализировали данные опросов молодежи в возрасте от 18 до 23 лет с 2007 по 2017 год и обнаружили несколько факторов, коррелирующих с общей тенденцией к снижению популярности случайного секса, то есть нерегулярных половых связей вне постоянных романтических отношений. Среди наиболее заметных — возросшая вовлеченность в компьютерные игры, жизнь под одной крышей с родителями и меньшее употребление алкоголя.

7 часов назад
7 минут
Василий Парфенов

С момента появления систем автономного вождения многие задавались вопросом: а как они будут выглядеть в идентичных условия? К счастью, у нас наконец-то появилась возможность сравнить два самых известных автомобильных автопилота: системы разработки Tesla и Waymo — дочерней структуры Alphabet, владеющей Google. Машины проехали по одному маршруту, но сделали это совершенно по-разному, что весьма удивляет.

7 часов назад
10 минут
Мария Азарова

Исследование предоставило доказательства более плохого состояния костей тех, кто придерживается веганской диеты. Также исследователи обнаружили комбинацию биомаркеров, связанных с питанием, которые могут способствовать здоровью костной ткани.

2 марта
42 минуты
Редакция

Все знают, что нефть — это углеводороды. Но из чего она образовалась? Правда ли, что из динозавров? И сколько миллионов лет нефти, из которой сегодня делают бензин и сотни других важных окружающих нас вещей? Разбираемся, какие запасы нефти залегают в России и сколько их осталось, почему их до сих пор не добыли, а также, как это связано с существами, которые жили миллионы лет назад.

2 марта
5 минут
Сергей Васильев

Моделирование показало, что через миллиард лет атмосфера нашей планеты переживет резкие изменения и потеряет весь свой кислород, отбросив жизнь к древнейшим анаэробным формам.

Сегодня, 07:05
10 минут
Василий Парфенов

Американские исследователи проанализировали данные опросов молодежи в возрасте от 18 до 23 лет с 2007 по 2017 год и обнаружили несколько факторов, коррелирующих с общей тенденцией к снижению популярности случайного секса, то есть нерегулярных половых связей вне постоянных романтических отношений. Среди наиболее заметных — возросшая вовлеченность в компьютерные игры, жизнь под одной крышей с родителями и меньшее употребление алкоголя.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

15 февраля
9 минут
Василий Парфенов

Новость, которую странно публиковать на серьезном научно-популярном портале, но от реальности не убежишь. Уфологи всего мира могут радоваться: американские военные официально признали, что изучали места крушения НЛО и в их распоряжении есть некие аномальные объекты, свойства которых выходят за рамки известных науке материалов.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: