17 июня 2019, понедельник, 20:49
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Наноконструктор для создания лекарств

Раковые клетки, электронная микрофотография
Раковые клетки, электронная микрофотография
Wellcome Images

Биохимики создали платформу для покрытия (модификации) поверхностей нано- и микрочастиц конструкциями из биомолекул. Данные 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). Кратко о полученных результатах сообщается в пресс-релизе МФТИ.

«Магическая пуля»: доставить и вылечить

Концепция «магической пули» была сформулирована лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине Паулем Эрлихом 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 и распознает клетку. Такая универсальная система может использоваться как для терапии (лечения), 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 т. д.) к барназе, а направляющий агент — к барстару. Затем при совмещении блоков образуется бифункциональное соединение, имеющее и направляющий, и лекарственный эффект, с помощью которого 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, они 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.

«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 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.

Рисунок 1. Схема образования наноконструкции на основе наночастиц и белкового комплекса барназа-барстар

Рисунок 2. Схема действия тераностических конструкций

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

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Металлургия Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты киты климатология комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.