Ученые измерили взаимодействие наночастиц с белками

Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) количественно оценили взаимодействие золотых наночастиц с важными белками человеческой крови. Этот подход будет полезен для разработки медицинских терапий на основе наночастиц и для лучшего понимания физической природы токсичности некоторых из них.

Наночастицы перспективны как средства доставки лекарств, инструменты медицинской диагностики и как самостоятельные агенты для лечения рака. Золотые наночастицы (сферы диаметром от 5 до 100 нанометров) особенно полезны, так как их металлические поверхности можно функционализировать, присоединяя специфические молекулы для выполнения различных задач в организме. Однако лечение требует инъекции большого количества частиц в кровоток, что может быть опасным при непредвиденном взаимодействии с телом.

Одна из главных проблем наномедицины — склонность белков прилипать к наночастицам в кровотоке. «Белковое покрытие изменяет взаимодействие наночастиц с организмом и может изменить химическую активность самих белков», — говорит ученый NIST Джек Дуглас. Покрытие также может вызывать слипание наночастиц в крупные агрегаты, что провоцирует мощный иммунный ответ, которого важно избежать.

Чтобы лучше понять эти взаимодействия, команда NIST изучила, что происходит, когда наночастицы разного размера встречаются с пятью распространенными белками крови. Используя микроскопы и спектроскопию, ученые выявили общие закономерности поведения.

Ключевые выводы:

• Прилипание белков к наночастицам изменяет оптические свойства как частиц, так и белков. Измерение этих изменений позволяет количественно оценить:
  • «Липкость» наночастиц для белков.
  • Толщину адсорбированного белкового слоя.
  • Склонность частиц к агрегации из-за белковых слоев.
• Все пять исследуемых белков прилипали к золоту, вызывая агрегацию наночастиц.
• Увеличение диаметра сфер повышало их «липкость».
• Агрегация обычно вызывала изменение формы белков, что, как правило, подразумевает и изменение их функции.

Агрегация не всегда приводит к токсическому ответу, но может влиять на то, достигнут ли лекарства на частицах своей цели. «Взаимодействия в значительной степени определяются наличием белкового слоя. Чтобы понять, что наночастицы будут делать в организме, нужно знать об этих слоях», — подчеркивает Дуглас.

Исследование NIST отвечает на потребности в метрологии, обозначенные в отчете Национального исследовательского совета, призывающем к более количественному тестированию взаимодействий наночастиц с биологическими средами. Требуется еще много работы, например, для понимания того, как частицы разного размера связываются с клеточными мембранами, где происходит множество взаимодействий с лекарствами.