Нано-«сверла», проникающие в клетки, открывают новые возможности для внутриклеточной доставки лекарств
Исследователи из Университета штата Орегон и Университета здоровья и науки Орегона создали новые наноматериалы, способные пересекать клеточные мембраны, что открывает новую платформу для внутриклеточной доставки молекулярных лекарств и других грузов.
Учёные исследовали, как можно настраивать размер, форму и морфологию материалов, известных как проникающие в клетки самоорганизующиеся пептидные наноматериалы (CSPNs).
Они использовали последовательное лигирование пептидных строительных блоков для создания CSPNs, которые формировали отличные друг от друга формы, напоминающие сверло. Эти «нанодрели» продемонстрировали высокую способность инкапсулировать молекулы-гости для терапии или визуализации.
Результаты опубликованы в Journal of Controlled Release, а предварительная патентная заявка подана в Ведомство по патентам и товарным знакам США.
«CSPNs представляют собой новую модульную платформу доставки лекарств, которую можно программировать в изысканные структуры с помощью точной настройки аминокислотной последовательности», — заявил Гаурав Сахай, доцент фармацевтических наук в Колледже фармации OSU/OHSU. «Такая настройка придаёт универсальные свойства, такие как гибкость, самоорганизация, высокая нагрузка лекарством, биодеградируемость и биосовместимость для эффективной внутриклеточной доставки CSPNs».
Команда лаборатории Сахая и коллабораторы, включая исследователей из Медицинской школы OHSU и Калифорнийского университета в Сан-Диего, создали пять различных CSPNs, конъюгируя Tat-пептиды с линкером (RADA)2 и добавляя разное количество остатков фенилаланина.
«Мы выбрали (RADA)2, потому что он содержит чередующиеся аминокислоты, которые отталкивают воду и смешиваются с водой; это придало свойство самоорганизации», — пояснил первый автор Ашвани Нараяна. «Мы продемонстрировали переход вторичной структуры в этих CSPNs, что, в свою очередь, сыграло жизненно важную роль в самоорганизации и потенциале доставки лекарств. Эффективность этих нанодрелей in vivo расширит горизонты за пределы внутриклеточной доставки».
CSPNs с двумя, тремя или четырьмя остатками фенилаланина самоорганизовывались в нанодрели, демонстрирующие грубоскрученную, нескрученную или мелкоскрученную морфологию соответственно.
«Эти нанодрели обладали высокой способностью инкапсулировать гидрофобные молекулы-гости», — отметил Нараяна. «В частности, грубоскрученные нанодрели продемонстрировали более высокую интернализацию и смогли локализовать рапамицин в печени на мышиной модели».
Рапамицин — это противогрибковый метаболит бактерии Streptomyces hygroscopicus, и среди его многих свойств — способность индуцировать аутофагию — регулируемую, упорядоченную деградацию и переработку клеточных компонентов.
«Дефекты аутофагии приводят к накоплению токсичных материалов при различных заболеваниях, от инфекционных до нейродегенеративных расстройств», — сказал Сахай. «Эти модульные CSPNs могут стать новой платформой для доставки молекул через биологические барьеры, считавшиеся непреодолимыми. Минимальные изменения могут направлять самоорганизацию в мириады определённых наноструктур, делая их идеальными носителями для целого ряда различных молекул».