Дендримерная технология захватывает клеточные белки и может улучшить лечение рака

Исследователи из Университета Пердью разработали способ отслеживать сложные клеточные процессы с помощью крошечных синтетических частиц — дендримеров. Эта технология может привести к более целенаправленному лечению рака.

Точное понимание того, как клетки поглощают мелкие частицы (эндоцитоз), может помочь улучшить доставку лекарств и раскрыть механизмы действия вирусов. Однако частицы, «поглощаемые» клетками, и белки, контролирующие пути проникновения, слишком малы для обнаружения обычными методами.

Профессор биохимии В. Энди Тао и его коллеги разработали метод, при котором дендримеры вводятся в клетки для отслеживания, захвата и выделения белков, регулирующих процесс интернализации. Было идентифицировано 809 белков, участвующих в путях проникновения в клетку.

Технология, названная TITAN (Tracing Internalization and TrAfficking of Nanomaterials), помогает понять, как клетки поглощают внеклеточные частицы и перемещают их внутри. Эта информация полезна как для блокировки вредных процессов (например, проникновения вирусов), так и для улучшения доставки лекарств.

Дендримеры — это симметрично разветвленные наночастицы, сравнимые по размеру с природными белками. Их небольшие размеры и древовидная структура делают их идеальными курьерами для доставки различных молекул в клетку через множество «ветвей». Одна из ключевых ролей дендримеров — целевая доставка лекарств при таких заболеваниях, как рак, в отличие от химиотерапии, которая уничтожает и здоровые, и раковые клетки.

Перед введением в клетки команда химически модифицировала дендримеры:

• Флуоресцентной меткой для отслеживания перемещения внутри клетки.
• Фотореактивным сшивающим агентом, позволяющим дендримерам прикрепляться к белкам под УФ-излучением.
• «Ручкой» для извлечения дендримеров из клеточного материала.

При облучении клеток УФ дендримеры внутри захватывали все окружающие белки, создавая «стоп-кадр» того, какие белки регулируют эндоцитоз в реальном времени. Клетки облучали с тремя временными интервалами: 30 минут, 1 час и 2 часа.

«Мы видели разные молекулы в каждой временной точке, что рассказало нам, где находился дендример и какими механизмами он доставлялся в клетку», — пояснил Тао.

С помощью масс-спектрометрии исследователи выделили и идентифицировали сотни белков, участвующих в эндоцитозе, подтвердив ранее предполагаемые биологами механизмы.

Знание того, какие белки направляют эндоцитоз и на каких этапах, может помочь исследователям усовершенствовать доставку нанолекарств и, возможно, повысить их мобильность внутри клеток.

TITAN — это платформенная технология, открывающая новые возможности для изучения многих мелкомасштабных биологических процессов в клетке. Её потенциальные применения включают:

• Определение того, как вирусы проникают в клетки и перемещаются внутри них.
• Изучение коммуникации между раковыми клетками.
• Отслеживание конечной локализации наночастиц внутри клетки — вопрос, который остаётся малоизученным.

«Разрабатывается много нанотехнологий, но мы действительно не знаем, какие проблемы безопасности или токсичности могут быть с этим связаны. Понимание того, куда попадают эти наночастицы в клетке и разлагаются ли они со временем, очень важно. TITAN может отслеживать, как наночастицы перемещаются в клетке, и попадают ли они в ядро — что может быть проблемой — или в «мусорное ведро» клетки», — отметил Тао.