Простой подход: исследователи контролируют высвобождение белков из наночастиц без инкапсуляции

Инженеры из Университета Торонто разработали более простой способ удерживать терапевтические белки в нужном месте в течение длительного времени. Это открытие может изменить правила игры в лечении хронических заболеваний или травм, которые часто требуют многократных инъекций или ежедневного приема таблеток.

До сих пор биоинженеры кропотливо инкапсулировали белки в наночастицы для контроля их высвобождения. Теперь команда под руководством профессора Молли Шойхет показала, что белки могут высвобождаться в течение нескольких недель и даже месяцев, вообще не будучи инкапсулированными. В данном случае команда изучала терапевтические белки, важные для регенерации тканей после инсульта и травмы спинного мозга.

"Это было настолько удивительное и неожиданное открытие", — сказала соавтор работы доктор Ирджа Эллиотт Донахью, которая первой обнаружила, что терапевтический белок NT3 (фактор, способствующий росту нервных клеток) медленно высвобождается, будучи просто смешанным с желеобразным веществом (гидрогелем), содержащим наночастицы.

Белки обладают огромным потенциалом для лечения хронических состояний и необратимых травм. Чтобы избежать повторных инъекций, исследователи используют сложные стратегии доставки белков к месту действия и обеспечения их длительного высвобождения.

Это долгое время было серьезной проблемой для белковой терапии, особенно из-за того, что белки — большие и часто хрупкие молекулы. До сих пор ученые обращались с белками так же, как с малыми молекулами лекарств, инкапсулируя их в полимерные наночастицы, часто из материала под названием поли(молочная-со-гликолевая кислота) или PLGA.

По мере разрушения наночастиц молекулы лекарства высвобождаются. То же самое верно и для белков. Однако сам процесс инкапсуляции часто повреждает или денатурирует часть белков, делая их бесполезными для лечения. Отказ от инкапсуляции означает меньше денатурированных белков, что делает белковые терапевтические средства более стабильными, простыми в производстве и хранении.

"Это очень интересно с точки зрения внедрения. Более простой и надежный процесс производства оставляет меньше места для осложнений при масштабировании для клинического использования", — отметила Джеклин Обермайер.

Три ведущих автора — Эллиотт Донахью, Обермайер и доктор Малгожа Пакульска — показали, что для достижения контролируемого высвобождения белки должны находиться рядом с наночастицами PLGA, а не внутри них. Их работа опубликована в журнале Science Advances.

Механизм этого контролируемого высвобождения без инкапсуляции элегантно прост. Группа Шойхет смешивает белки и наночастицы в гидрогеле, который удерживает их в месте инъекции. Положительно заряженные белки и отрицательно заряженные наночастицы естественным образом притягиваются друг к другу. По мере разрушения наночастиц раствор становится более кислым, что ослабляет притяжение и позволяет белкам высвобождаться.

"Мы особенно рады, что смогли показать долгосрочное контролируемое высвобождение белка, просто управляя электростатическими взаимодействиями между белками и полимерными нанобисеринами", — сказала Шойхет. — "Манипулируя pH раствора, размером и количеством наночастиц, мы можем контролировать высвобождение биоактивных белков".

"Мы поняли, как контролировать это простое явление. Наш следующий вопрос — можем ли мы сделать обратное: разработать аналогичную систему высвобождения для положительно заряженных наночастиц и отрицательно заряженных белков", — добавила Пакульска.