Портал функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Молекулярный конструктор против рака

Наночастицы с покрытием из оксида кремния в комплексе с несколькими белками позволяют конструировать различные соединения, которые могут помочь в диагностике и лечении самых разных заболеваний.

Наночастицы под электронным микроскопом. (Фото: Ha Minh Ngoc / Flickr.com
Схема сборки наноконструкции на основе наночастиц с покрытием из оксида кремния и белкового комплекса барназа-барстар. (Иллюстрация: пресс-служба МФТИ)

Лекарство от рака должно не просто уничтожать раковые клетки – оно должно не убивать здоровые. Такое средство должно состоять из двух частей: собственно лекарственного средства и дополнительной молекулы, которая может узнать другую молекулу, специфичную именно для больной клетки, и тем самым привести лекарство именно туда, куда надо. Иными словами, лекарство должно быть чем-то вроде пули, выпущенной точно в цель – только пуля должна быть магической, которая ищет свою цель сама.

Хотя концепция «магической пули» появилась довольно давно, на рубеже ХIХ и ХХ веков (ее сформулировал лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине и основоположник химиотерапии Пауль Эрлих), более-менее значительных успехов здесь удалось добиться только в последнее время, с развитием молекулярной и клеточной биологии.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Сейчас есть масса препаратов, подавляющих рост раковых клеток и убивающих их; с другой стороны, мы уже много узнали о том, как устроены сами раковые клетки, какие специфичные рецепторы есть у них на поверхности – а зная устройство таких рецепторов, к ним можно подобрать (или синтезировать) такую молекулу, которая будет узнавать и связываться только с ними. И нужно только подобрать молекулярный «клей», который соединит одно с другим.

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. Зачем они нужны бактериям, нам сейчас неважно, главное, что эта пара – один из самых прочных белок-белковых комплексов в природе. (Они держат друг друга даже крепче, чем антитела – свои белки, против которых их синтезировали иммунные клетки.) Можно, например, пришить к барназе лекарство, а к барстару – направляющую молекулу (или наоборот), и потом, соединив оба комплекса, получить надежную «магическую пулю», которая найдет свою цель и не разрушится притом по дороге. Более того, такие молекулярные конструкции (не обязательно одинаковые) можно поместить на носитель – нано- или микрочастицу. У частиц могут быть свои свойства: к примеру, они могут флуоресцировать или разрушаться под воздействием излучения и вслед за собой уничтожать больные клетки (злокачественные, или зараженные вирусом, или зараженные бактериями и т. д.). На поверхности частиц можно разместить десятки молекулярных конструкций, что может усилить диагностические свойства и увеличить терапевтический эффект.

Но в случае присоединения молекул к наночастицам есть риск, что молекула сядет на частицу не в той ориентации, в какой нужно, и будет смотреть в окружающую среду не теми атомами, которые нужны для узнавания других молекул.

Кроме того, молекулярные комплексы могут сидеть на частице слишком плотно или слишком разреженно, что опять же сказывается на том, насколько эффективно они будут узнавать больные клетки. Сами молекулы в случае присоединения к носителю могут менять пространственную форму, что опять же часто сказывается на их свойствах. Наконец, такие процедуры нередко занимают очень много времени.

Эти трудности позволяет во многом решить метод, который в ACS Applied Materials & Interfaces описывают исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ), Института биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, Московского инженерно-физического института (МИФИ), Сеченовского университета и Университета Маккуори.

Авторы работы использовали частицы, покрытые диоксидом кремния SiO2, на которые сажали комплекс барназа-барстар. Этот комплекс, в свою очередь, нес на себе белок дарпин, способный связываться с одним из поверхностных белков раковых клеток. Но барназа-барстар с дарпином должны быть прикреплены к наночастицам, для чего на белковый комплекс сажали еще специальный пептид, который конструировали с помощью генной инженерии и который мог прочно связываться с оксидом кремния. Поскольку с наночастицей может связываться только этот пептид, весь комплекс ориентируется нужным образом – так, чтобы направляющие белки дарпины смотрели наружу и могли «увидеть» раковые клетки. На то, чтобы соединить все блоки, уходит лишь несколько минут, сами молекулы остаются неизменными в ходе сборки и связываются с мишенями с высокой специфичностью.

При этом на саму частицу можно посадить еще какие-нибудь вещества, которые будут действовать на опухоль. Но и сами блоки можно заменять на какие-то другие элементы: барназа, барстар и пептид, распознающий SiO2, представляют собой удачный молекулярный конструктор, который позволяет легко комбинировать различные молекулы для терапии и диагностики самых разных заболеваний.

Пока что целью исследователей было убедиться, что молекулы и наночастицы можно комбинировать друг с другом таким методом, но, надо думать, когда дело дойдет до проверки на живых органах и тканях, этот конструктор проявит себя наилучшим образом.

По материалам ​пресс-службы МФТИ​

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)

Статьи по теме