Наноразмерные белковые контейнеры могут помочь в доставке лекарств и вакцин

Биохимики из UCLA разработали специализированные белки, которые самостоятельно собираются, образуя крошечные молекулярные клетки в сотни раз меньше одной клетки. Создание этих миниатюрных структур может стать первым шагом к разработке новых методов доставки лекарств или даже к созданию искусственных вакцин.

Исследование, опубликованное 1 июня в журнале Science, может быть использовано для создания клеток из любого количества различных белков с потенциальными применениями в медицине и молекулярной биологии.

Конструкция и принцип сборки

Аспирант UCLA и ведущий автор исследования Йен-Тинг Лай использовал компьютерные модели для идентификации двух белков, которые можно комбинировать для образования идеально подогнанных трехмерных «пазлов». Двенадцать таких специализированных частей соединяются, создавая молекулярную клетку размером всего в доли вируса.

Ключевая идея — создание жесткой связи, удерживающей два белка на месте, как части игрушечного пазла. Специально сконструированные белки сцепляются, образуя полую решетку, которая может действовать как сосуд для доставки лекарств.

Потенциальные применения

  1. Доставка лекарств: На внешнюю сторону клетки можно прикрепить последовательность для распознавания раковых клеток, а внутрь поместить токсин или другое лекарство. Это позволило бы доставлять препарат напрямую к таким мишеням, как опухолевые клетки.
  2. Искусственные вакцины: Украсив поверхность молекулярной клетки множественными копиями вирусных белков, можно лучше имитировать вирус. Это может стимулировать более сильный иммунный ответ, чем традиционная вакцина.

Текущие ограничения и будущие задачи

  • Собранные белковые клетки пока достаточно пористы, и лекарство, помещенное внутрь, может вытекать в процессе доставки. Следующий проект будет посвящен созданию клетки с более герметичным внутренним пространством.
  • Перед медицинским применением сами молекулярные контейнеры должны быть построены из белков, похожих на человеческие, а не из бактериальных белков, которые организм может быстро удалить из кровотока.

Второй прорыв

Вторая статья, соавтором которой является Тодд Йитс, описывает создание аналогично сконструированных молекулярных клеток с использованием множественных копий одного и того же белка в качестве строительных блоков. Ученые контролируют форму клетки, вычисляя последовательность аминокислот, необходимую для соединения белков под правильными углами. Это исследование, также опубликованное в Science, стало результатом сотрудничества между командой UCLA и профессором Дэвидом Бейкером из Университета Вашингтона.

Этот альтернативный метод представляет более универсальный подход, поскольку для формирования структуры требуется только один тип белка. Однако разработка различных типов связей между идентичными белками остается серьезной проблемой.