Покрытие частиц «правыми» молекулами может помочь им легче проникать в раковые клетки.
Инженеры Массачусетского технологического института показали, что они могут повысить производительность наночастиц для доставки лекарств, контролируя черту химических структур, известную как хиральность - «управляемость» структуры.
Многие биологические молекулы могут иметь форму как правой, так и левой руки, которые идентичны по составу, но являются зеркальным отражением друг друга.
Команда MIT обнаружила, что покрытие наночастиц правой формой аминокислоты цистеина помогло частицам избежать разрушения ферментами в организме. Это также помогло им войти в клетки более эффективно. Этот вывод может помочь исследователям разработать более эффективные носители для лекарств для лечения рака и других заболеваний, говорит Роберт Лангер, профессор Института Дэвида Х. Коха в Массачусетском технологическом институте и член Института интегральных исследований рака им. Коха.
«Мы очень рады этой статье, потому что контроль хиральности открывает новые возможности для доставки лекарств и, следовательно, новых методов лечения», - говорит Лангер, один из старших авторов статьи.
Ана Якленец, научный сотрудник Института Коха, также является старшим автором статьи, которая появится в « Продвинутых материалах» 4 ноября. Ведущий автор статьи - MIT postdoc Jihyeon Yeom. Другие авторы статьи - бывшие постдоки MIT Педро Гимарайнш и Кевин МакХью, постдок MIT Куаньинь Ху и исследовательский филиал Института Коха Майкл Митчелл. Хё Мин Мин, БоКён Чон и Че-Ок Юн из Университета Ханьян в Сеуле, Южная Корея, также являются авторами статьи.
Киральные взаимодействия
Многие биологически важные молекулы эволюционировали, чтобы существовать исключительно в правосторонней («D») или левосторонней («L») версиях, также называемых энантиомерами. Например, встречающиеся в природе аминокислоты всегда являются «L» -энантиомерами, тогда как ДНК и глюкоза обычно являются «D».
«Хиральность носит повсеместный характер, придает уникальность и специфичность биологическим и химическим свойствам материалов», - говорит Йом. «Например, молекулы, образованные с одинаковым составом, имеют сладкий или горький вкус и по-разному пахнут в зависимости от их хиральности, и один энантиомер неактивен или даже токсичен, тогда как другой энантиомер может выполнять важную биологическую функцию».
Команда Массачусетского технологического института выдвинула гипотезу о том, что можно использовать преимущества хирального взаимодействия для улучшения характеристик наночастиц для доставки лекарств. Чтобы проверить эту идею, они создали «супрачастицы», состоящие из кластеров 2-нанометровых частиц оксида кобальта, чья хиральность обеспечивалась либо «D», либо «L» версией цистеина на поверхностях.
Проводя эти частицы по каналу, выстланному раковыми клетками, включая миелому и клетки рака молочной железы, исследователи могли проверить, насколько хорошо каждый тип частиц был поглощен клетками. Они обнаружили, что частицы, покрытые цистеином «D», абсорбируются более эффективно, что, как они полагают, объясняется тем, что они способны сильнее взаимодействовать с холестерином и другими липидами, обнаруженными в клеточной мембране, которые также имеют ориентацию «D».
Исследователи также полагали, что «D» версия цистеина может помочь наночастицам избежать разрушения ферментами в организме, которые состоят из «L» аминокислот. Это может позволить частицам циркулировать в теле в течение более длительных периодов времени, облегчая им достижение их предполагаемого предназначения.
В исследовании мышей исследователи обнаружили, что частицы, покрытые «D», дольше оставались в кровотоке, что позволяет предположить, что они смогли успешно избежать ферментов, которые разрушали частицы, покрытые «L». Примерно через два часа после введения количество частиц «D» в циркуляции было намного больше, чем количество частиц «L», и оно оставалось выше в течение 24 часов эксперимента.
«Это первый шаг к рассмотрению того, как хиральность может помочь этим частицам достичь раковых клеток и увеличить время циркуляции. Следующий шаг - посмотреть, сможем ли мы реально изменить ситуацию в лечении рака », - говорит Якленец.
Модифицированные частицы
Теперь исследователи планируют проверить этот подход с другими типами частиц для доставки лекарств. В одном проекте они изучают, улучшит ли покрытие частиц золота аминокислотой «D» их способность доставлять лекарства от рака мышам. В другом они используют этот подход для модификации аденовирусов, которые некоторые из их сотрудников разрабатывают как потенциальный новый способ лечения рака.
«В этом исследовании мы показали, что хиральность« D »позволяет увеличить время циркуляции и увеличить поглощение раковыми клетками. Следующим шагом будет определение того, дают ли нагруженные лекарством хиральные частицы повышенную или пролонгированную эффективность по сравнению со свободным лекарством », - говорит Якленец. «Это потенциально переносимо практически на любую наночастицу».
Исследование финансировалось Мраморным центром наномедицины рака Института Коха, Национальным советом по научному и технологическому развитию Бразилии, Фондом Эстудара, Национальной научно-исследовательской премией им. Рут Л. Киршштейн, Карьерной премией Фонда Берроуза Уэлком в Научном Интерфейсе, награда директора Национального института здравоохранения за инновации, Американское онкологическое общество, грант AACR-Bayer за инновации и открытия и Национальный исследовательский фонд Кореи.
Инженеры MIT создали кластеры наночастиц, которые покрыты «правосторонними» молекулами аминокислоты цистеина.