Наблюдение нано-био взаимодействий в реальном времени
Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) разработали метод для наблюдения в реальном времени за тем, как отдельные компоненты крови взаимодействуют с наночастицами и модифицируют их. Метод помогает направлять разработку наночастиц, которые будут взаимодействовать с компонентами крови предсказуемо, избегая нежелательных побочных эффектов.
Исследование было опубликовано онлайн в журнале Small 10 сентября 2015 года.
Проблемы использования наночастиц
Наночастицы привлекают внимание как системы диагностики и доставки лекарств. Однако в течение нескольких минут после попадания в кровоток они покрываются оболочкой из сывороточных белков — «короной».
«Связывание сывороточных белков может кардинально изменить поведение наночастиц, иногда приводя к их быстрому выведению из организма и снижению клинического эффекта», — сказал ассистент-профессор Джеймс Ках.
Существующие методы, такие как масс-спектрометрия, не могут предоставить детальную кинетику связывания в реальном времени.
Новый метод для понимания нано-био взаимодействий
Команда NUS совместно с профессором Бо Лидбергом из Наньянского технологического университета показала высоковоспроизводимую кинетику связывания между золотыми наночастицами и четырьмя наиболее распространёнными сывороточными белками: альбумином, фибриногеном, аполипопротеином A-1 и поликлональным IgG.
«Ключевая разработка — использование новой методики на основе поверхностного плазмонного резонанса (SPR) для измерения белковой короны, образующейся при связывании обычных белков крови с наночастицами», — добавил профессор Венкатесан.
Исследователи иммобилизовали золотые наночастицы на поверхности SPR-сенсорного чипа с помощью линкерной молекулы. Чип был модифицирован слоем альгинатного полимера, который предотвращал неспецифическое связывание. Используя микрофлюидную систему 6 x 6, они изучали до 36 взаимодействий наночастица-белок в одном эксперименте.
«Воспроизводимость и надёжность были узким местом в исследованиях белковых корон. Наш мультиплексный SPR-подход был ключевым для обеспечения надёжности наших данных», — сказал Абхиджит Патра.
Тестируя разные концентрации четырёх белков, команда обнаружила, что аполипопротеин A-1 имеет самое высокое сродство к поверхности золотой наночастицы — его константа ассоциации почти в 100 раз выше, чем у белка с самым низким сродством, поликлонального IgG.
«Наши результаты показывают, что скорость ассоциации, а не диссоциации, является основным определяющим фактором связывания с тестируемыми компонентами крови», — сказал ассистент-профессор Честер Ли Драм.
Мультиплексная SPR-система также использовалась для изучения эффекта модификации полиэтиленгликолем (PEG) — синтетическим полимером, часто используемым в составах наночастиц для предотвращения накопления белков. Исследователи обнаружили, что более короткие цепи PEG (2–10 килодальтон) примерно в три-четыре раза эффективнее, чем длинные цепи (20–30 килодальтон), в предотвращении образования короны.
«Модульная природа нашего протокола позволяет нам изучать любую наночастицу, которую можно химически прикрепить к сенсорной поверхности. Используя нашу технику, мы можем быстро оценить серию лекарственных форм на основе наночастиц перед проведением исследований in vivo, что сэкономит время, деньги и сократит количество испытаний на животных», — добавил ассистент-профессор Драм.
Исследователи планируют использовать технологию для количественного изучения образования белковой короны для различных составов наночастиц и рационального дизайна наномедицинских препаратов для применения при сердечно-сосудистых заболеваниях и раке.