Эмбрионы рыбок данио помогли доказать, что происходит с наночастицами в крови

Разрабатываемые для целевой доставки лекарств наночастицы в основном не достигают цели, например, опухоли. Причины низкой эффективности долгое время оставались малоизученными.

Международная группа под руководством Юи Хаяши из Университета Орхуса продемонстрировала преимущества модели эмбрионов рыбок данио для визуализации взаимодействия наночастиц с клетками в живом организме.

Вместе с исследователями из iNANO команда впервые in vivo доказала концепцию биологической идентичности: клетки распознают наночастицы через корону из окружающих их белков. Эксперименты на эмбрионах данио раскрыли судьбу наночастиц, введённых в кровь.

Как биологические системы распознают наночастицы

Концепция белка короны объясняет, как клетка "видит" наночастицу. С одной стороны, корона мешает прямому контакту частицы с мембраной клетки. С другой — она может нести сигнал для специфического взаимодействия с клеточными рецепторами, присваивая наночастице биологическую идентичность.

Исследователи впервые получили визуальное доказательство решающего вклада белка короны в быстрое удаление наночастиц из крови, что привело к негативным последствиям в модели эмбриона данио. Они создали "чужеродную" биологическую идентичность, использовав для формирования короны белки другого вида животных, и проследили путь частиц.

Наночастицы с "не-своей" короной быстро захватывались и "переваривались" эндотелиальными клетками-мусорщиками (аналог клеток печени у млекопитающих), что вызывало провоспалительную активацию макрофагов.

"Звучит как безумная идея — вводить наночастицы с белками другого животного, — говорит Юя Хаяши. — Но, например, наномедицины тестируют на мышах без особых опасений по поводу несовместимости видов".

Ключевой задачей было сохранить исходную корону в живом организме, не допустив её быстрого замещения собственными белками крови.

Преимущества модели данио

Главное преимущество модели — возможность многокрасочной визуализации в реальном времени с высоким пространственно-временным разрешением. Это золотая середина между нереалистичными культурами клеток и технически сложными экспериментами на грызунах.

"С помощью культур клеток мы многое узнали о том, как они распознают наночастицы как динамические агрегаты белков, но это никогда не тестировалось в более реалистичной ситуации, — объясняет Юя Хаяши. — Создав модель данио, мы получили инструмент для изучения этого вопроса in vivo".

В белковой среде наночастицы могут носить "маску", которая придаёт им биологическую идентичность, и её "чужеродность" может сделать их врагом. Следующий большой вопрос — что определяет степень этой "чужеродности".