Исследование: белок снижает токсичность оксида графена для доставки лекарств

Новое исследование обнаружило способы снизить токсичность оксида графена (GO) — ультратонкого листа наноматериала, получаемого из графита, — что закладывает основу для его использования в качестве системы доставки лекарств.

Профессор Хулуд Аль-Джамаль, руководившая исследованием, отметила, что с момента присуждения Нобелевской премии по физике в 2010 году за эксперименты с наноматериалом, исследователи проявляли огромный интерес к его медицинскому применению. Однако опасения по поводу токсичности оставались постоянным препятствием.

В этом исследовании ученые применили химические методы, чтобы сделать GO более биосовместимым, и раскрыли связь между белками в короне и профилем безопасности GO. Ключевым результатом стало то, что in silico методы смогли точно предсказать токсичность у мышей, предлагая способы замены экспериментов на животных.

Как работает оксид графена и проблема токсичности

GO — это ультратонкий лист, производный от графита. Он содержит присоединенные атомы кислорода, что делает его совместимым с водой. Его уникальные физико-химические свойства обеспечивают высокую способность переносить антибиотики и противоопухолевые препараты, а также нацеливаться на специфические клетки.

При попадании в организм GO взаимодействует с белками биологических жидкостей (плазмы, спинномозговой жидкости). Это взаимодействие приводит к образованию вокруг GO твердого белкового покрытия — белковой короны, — которое влияет на поведение и токсичность наноматериала.

Результаты исследования

В междисциплинарном исследовании, опубликованном в ACS Nano, были выявлены условия, при которых корона вызывает токсичность. Ученые протестировали два типа листов GO с новыми химическими модификациями, чтобы изучить их связывание с белками короны и влияние на организм.

Результаты на моделях мышей показали:

• Листы с низким белковым покрытием вызывали более серьезные повреждения печени и легких.
• У таких мышей наблюдались признаки повышенных молекулярных маркеров воспаления и токсичности крови.
• Эффект был наиболее выражен у мышей с нормально функционирующей иммунной системой.

Анализ выявил устойчивую закономерность: увеличение количества белковой короны приводило к снижению токсичности GO. Дальнейший анализ позволил идентифицировать ключевые белки внутри короны, которые также способны смягчать токсичность наноматериала.

Значение работы

Этот междисциплинарный подход, объединяющий химию, исследования 2D-материалов, протеомику, математическое моделирование и работу на животных, является важным шагом на пути к практическому применению GO в качестве системы доставки лекарств и для других наноматериалов, закладывая основу для создания инъекционных форм и имплантатов.