Новый подход использует ионные жидкости для расширения применения аптамеров

Аптамеры — нуклеиновые кислоты, способные избирательно связываться с вирусами, белками, ионами, малыми молекулами и другими мишенями. Они привлекают внимание в разработке лекарств как потенциальные заменители антител благодаря термической и химической стабильности, а также способности ингибировать специфические ферменты или целевые белки за счёт трёхмерного связывания.

Они также перспективны для быстрой диагностики рака толстой кишки и других сложных заболеваний, нацеливаясь на трудноуловимые биомаркеры. Однако эти аптамеры легко подвергаются деградации множеством ферментов, что представляет серьёзную проблему.

Команда профессора Сын Су О из Департамента материаловедения и инженерии Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH), включая докторов Бёнхва Кан и Сойон В. Пак, представила прорывной подход с использованием ионных жидкостей для решения проблем в исследованиях функциональных нуклеиновых кислот, открывая путь для разнообразных прикладных исследований. Их результаты опубликованы в Nucleic Acids Research.

Функциональные нуклеиновые кислоты получили своё название за универсальность: они не только хранят и передают генетическую информацию в живых организмах, но и выполняют различные функции, такие как обнаружение целевых молекул или катализ биохимических реакций, подобно аптамерам.

Однако применению этих нуклеиновых кислот в исследованиях мешает их уязвимость к деградации гидролазами. Традиционные методы сохранения, такие как криогенное хранение при сверхнизких температурах или химическая модификация нуклеиновых кислот, не способны ингибировать широкий спектр ферментов, что приводит к значительному нарушению полезных функций кислот.

Команда отошла от традиционного убеждения, что «вода необходима». Хотя нуклеиновые кислоты выполняют различные роли и проявляют множество функций в воде, ферменты, которые их расщепляют, остаются активными в этой среде. Таким образом, вода выступает одновременно и «домом», и «кладбищем» для нуклеиновых кислот.

Исследователи достигли значительного рубежа, впервые в мире подтвердив способность нуклеиновых кислот сохранять множественные функции в ионной жидкости на основе холин дигидрофосфата. Эта ионная жидкость, также присутствующая в нашем организме, демонстрирует исключительную биосовместимость. Катион холина в жидкости эффективно экранирует отрицательный заряд нуклеиновых кислот, предотвращая их контакт с водой и тем самым принципиально препятствуя гидролизу.

В экспериментах эта жидкость создала среду, в которой нуклеиновые кислоты сопротивлялись деградации независимо от типа фермента, увеличивая их период полураспада до 6,5 миллионов раз. Кислоты оставались полностью неповреждёнными и функциональными даже в экстремальных условиях со смесью семи различных гидролаз.

Кроме того, команда впервые применила это новшество для проведения аптамерной биомолекулярной диагностики в биологических растворах. Ранее использование функциональных нуклеиновых кислот для обнаружения биомаркеров в слюне, содержащей множество гидролаз нуклеиновых кислот, было невозможно. Однако учёные защитили аптамеры, добавив ионную жидкость в образец слюны, и добились простой молекулярной диагностики.

Профессор Сын Су О заявил: «Продемонстрировав, что нуклеиновые кислоты могут сохранять функциональность даже в неисследованных или загрязнённых образцах и биологических жидкостях, мы показали их безграничный потенциал для применения».

Доктор Бёнхва Канг резюмировал: «Это исследование значительно поможет в применении нуклеиновых кислот и других молекул, подверженных гидролизу».