Адресные наночастицы ищут сложные адреса
Чтобы прийти именно туда, куда нужно, наночастицы научили распознавать не только клетку-адресат, но и её окружение.
Идеальное лекарство должно одновременно само искать болезнь и лечить её – подобно волшебной стреле или волшебной пуле, которая сама ищет свою цель, куда бы вы ни стреляли. Концепцию медицинской «волшебной пули» более ста лет предложил Пауль Эрлих, но те лекарства, которыми мы до сих пор располагаем, ничего «волшебного» в себе не несут: они действуют не только на больные клетки, но и на здоровые.
Лекарство может стать идеальным, если оно будет приходить строго по адресу. Для этого используют отличия больных клеток от здоровых: молекулярные процессы в больных клетках происходят иначе, чем в здоровых, что отражается в их облике – то есть в том, какие белки и белковые комплексы сидят на поверхности клетки. Если лекарственная молекула или, скажем, наночастица, которая несёт в себе лекарство, распознает поверхностную молекулу на больной клетке, то она только на больную и подействует. Проблема в том, что на здоровых клетках сидят те же молекулы, что и на больных, просто в другом количестве. Поэтому адресная доставка лекарства даёт сбой – какая-то часть его попадает не по адресу.
Сделать лекарство более точным можно, если система доставки будет воспринимать не один параметр, а больше. Например, в случае раковых клеток – а адресную доставку чаще всего обсуждают как раз в связи с лечением рака – есть определённые рецепторы, которых на самих раковых клетках намного больше, чем у здоровых клеток. Если лекарство настроить на эти рецепторы, оно с большей вероятностью зацепится именно за раковые клетки. Но кроме того, раковые клетки меняют окружение вокруг себя – то есть вокруг них в изобилии плавают молекулы, которых мало в здоровых тканях. Среди таких «молекул окружения» есть небольшие РНК и ДНК.
Исследователи Московского физико-технического института (МФТИ) описывают в ACS Nano наночастицы, которые могут ловить сразу два молекулярных сигнала: от клетки и от её окружения. К наночастице присоединяется кусок одноцепочечной ДНК, у которой на одном конце есть молекула, способная связаться с клеточным рецептором. Но ДНК при этом свёрнута в клубок, который прилипает к поверхности частицы и прячет молекулу на другом конце ДНК. В таком виде ни с каким рецептором ДНК не свяжется.
Но ДНК на наночастице одноцепочечная, хотя и свёрнутая в клубок. Если рядом появится какая-нибудь небольшая нуклеиновая кислота, у которой будет последовательность нуклеотидов, комплементарная последовательности ДНК на наночастице, то ДНК наночастицы развернётся и соединится в двуцепочечную структуру с этой свободноплавающей нуклеиновой кислотой. И тогда молекула, распознающая рецептор, отлипнет от наночастицы и сможет провзаимодействовать с клеточным рецептором. Иными словами, адресная наночастица учтёт не только облик самой клетки, но и контекст вокруг неё. Если наночастицу снабдить лекарством, то оно с большей вероятностью придёт именно в опухоль, а не осядет где-нибудь в здоровой ткани, потому что в окружении здоровых клеток не окажется тех мелких нуклеиновых кислот, которые характерны для опухоли и которые помогут связаться с раковыми клетками.
Чтобы ДНК на наночастице развернулась, нужно, чтобы энергетически это было выгоднее, чем оставаться в виде беспорядочного клубка. Грубо говоря, силы взаимодействия между нуклеиновыми кислотами должны быть больше, чем сила взаимодействия с наночастицей. Меняя последовательность нуклеотидов в ДНК на наночастице, можно исключительно точно настраивать систему адресной доставки на конкретный адрес и на определённую концентрацию тех молекул, которые должны эту систему активировать. Речь тут не только об опухолях: такая система вообще может найти самое широкое применение в медицине. Исследователи планируют продолжить развитие технологии, в том числе в рамках недавно созданного Центра геномных технологий и биоинформатики МФТИ.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
По материалам пресс-службы МФТИ.
