Наночастицы Plug and play могут упростить борьбу с разными биологическими целями

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали модульные наночастицы, которые можно легко настраивать для воздействия на различные биологические объекты, такие как опухоли, вирусы или токсины.

Поверхность наночастиц приспособлена для размещения любых биологических молекул, что позволяет адаптировать наночастицы для широкого спектра применений — от адресной доставки лекарств до нейтрализации биологических агентов.

Прелесть этой технологии заключается в ее простоте и эффективности. Вместо того чтобы создавать совершенно новые наночастицы для каждого конкретного применения, исследователи теперь могут использовать модульную основу наночастиц и удобно присоединять к ним белки, нацеленные на нужный биологический объект. Раньше для создания наночастиц, предназначенных для различных биологических целей, требовалось каждый раз проходить от начала до конца новый синтетический процесс. Но с помощью новой технологии одна и та же модульная основа наночастиц может быть легко модифицирована для создания целого набора специализированных наночастиц.

Это платформа, позволяющая быстро модифицировать функциональную биологическую наночастицу, — говорит Лянфанг Чжан, профессор наноинженерии в Школе инженерии Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего.

О своей работе Чжан и его коллеги подробно рассказывают в статье, опубликованной 30 октября в журнале Nature Nanotechnology.

Модульные наночастицы состоят из биоразлагаемых полимерных сердечников, покрытых генетически модифицированными клеточными мембранами. Ключевым элементом модульной конструкции является пара синтетических белков SpyCatcher и SpyTag, специально разработанных для спонтанного и эксклюзивного связывания друг с другом. Эта пара обычно используется в биологических исследованиях для объединения различных белков. В данном исследовании Чжан и его коллеги использовали эту пару для создания системы, позволяющей легко прикреплять интересующие их белки к поверхности наночастиц.

Вот как это работает: SpyCatcher встраивается в поверхность наночастицы, а SpyTag химически связывается с интересующим белком, например, с белком, направленным против опухолей или вирусов. Когда белки, связанные с SpyTag, вступают в контакт с наночастицами, декорированными SpyCatcher, они легко связываются друг с другом, что позволяет без труда прикрепить интересующие белки к поверхности наночастиц. Например, для борьбы с опухолями SpyTag может быть связан с белком, предназначенным для поиска опухолевых клеток, и этот белок, связанный с SpyTag, прикрепляется к наночастице. Если цель сместится на конкретный вирус, то процесс будет таким же простым: достаточно связать SpyTag с белком, нацеленным на вирус, и прикрепить его к поверхности наночастицы.

Это очень простой, упорядоченный и понятный подход к функционализации наночастиц для любого биологического применения, — говорит Чжан.

Для создания модульных наночастиц исследователи сначала генетически модифицировали клетки эмбриональной почки человека (HEK) 293 — широко используемую в биологических исследованиях клеточную линию — для экспрессии на их поверхности белка SpyCatcher. Затем клеточные мембраны были выделены, разбиты на мелкие кусочки и нанесены на наночастицы из биоразлагаемого полимера.

Затем эти наночастицы смешивались с белками, связанными со SpyTag. В данном исследовании использовались два различных белка: один — рецептор эпидермального фактора роста (EGFR), другой — рецептор эпидермального фактора роста человека 2 (HER2), которые распространены на поверхности различных раковых клеток.

В качестве доказательства концепции исследователи испытали эти наночастицы на мышах с опухолями яичников. Наночастицы были нагружены доцетакселом, химиотерапевтическим препаратом, и вводились мышам путем внутривенных инъекций каждые три дня в течение четырех инъекций. Лечение наночастицами подавляло рост опухоли и повышало выживаемость. Медиана выживаемости мышей, получавших лечение, составила 63-71 день, в то время как медиана выживаемости мышей, не получавших лечения, составила 24-29 дней.

Исследователи планируют и дальше совершенствовать модульную платформу наночастиц для адресной доставки лекарств.

Помимо лечения рака, Чжан с нетерпением ждет других потенциальных применений этой технологии.

Поскольку у нас есть модульная основа для наночастиц, мы можем легко прикрепить на ее поверхность нейтрализующий агент для нейтрализации вирусов и биологических токсинов, — сказал он.

Существует также возможность создания вакцин путем присоединения антигена к поверхности наночастицы с использованием этой модульной платформы. Это открывает возможности для различных новых терапевтических подходов.

30.10.2023