Наноразмерные «фабрики» производят белки по требованию

Белковые препараты перспективны для лечения рака, но их сложно доставить, так как организм обычно расщепляет белки до достижения цели.

Чтобы обойти это препятствие, исследователи из MIT разработали новый тип наночастиц, способных синтезировать белки по требованию. Когда эти частицы-«фабрики» достигают цели, учёные могут запустить синтез белка, облучая их ультрафиолетовым светом.

Частицы можно использовать для доставки небольших белков, убивающих раковые клетки, а в перспективе — и более крупных, например, антител, активирующих иммунную систему для уничтожения опухолей. Об этом говорит Ави Шрёдер, постдок в Институте интегративных исследований рака им. Дэвида Коха при MIT и ведущий автор статьи в журнале Nano Letters.

«Это первое доказательство концепции, что можно синтезировать новые соединения из инертных исходных материалов внутри тела», — отмечает Шрёдер.

Подражая природе

Идея частиц, строящих белки, возникла при поиске новых способов борьбы с метастатическими опухолями, которые являются причиной 90% смертей от рака.

Исследователи решили воспроизвести природную стратегию производства белков. Клетки хранят инструкции по сборке белка в ДНК, которая копируется в матричную РНК (mRNA). mRNA доставляет чертежи белка к рибосомам, которые считывают mRNA и транслируют её в последовательность аминокислот, формируя белок.

«Мы хотели использовать механизм, уже доказавший свою эффективность. Рибосомы используются в природе и были отточены миллиардами лет эволюции», — поясняет Шрёдер.

Программируемые фабрики

Новые наночастицы были спроектированы для самосборки из смеси, включающей липиды (формирующие оболочку), рибосомы, аминокислоты, ферменты для синтеза белка и последовательности ДНК для нужных белков.

ДНК удерживается химическим соединением DMNPE, которое обратимо связывается с ней. Это соединение высвобождает ДНК под воздействием ультрафиолетового света.

«Когда частицы подвергаются воздействию света, ДНК высвобождается из "клетки", и тогда может начаться производство белка», — говорит Шрёдер.

В этом исследовании частицы были запрограммированы на производство либо зелёного флуоресцентного белка (GFP), либо люциферазы. Тесты на мышах показали, что частицы успешно запускали синтез белка при облучении УФ-светом.

Активация только после доставки частиц к цели может помочь избежать побочных эффектов от высокотоксичных препаратов. Однако необходимы дальнейшие испытания, чтобы доказать, что частицы достигнут нужного места в организме человека и смогут производить терапевтические белки.

«Предстоит проработать множество деталей, чтобы этот подход стал жизнеспособной терапией, но это действительно прекрасная и новаторская концепция», — отмечает Джеймс Хит, профессор химии из Калифорнийского технологического института, не участвовавший в исследовании.

Сейчас команда работает над частицами, способными синтезировать потенциальные противораковые препараты. Производство белка можно будет включать только в опухоли, избегая воздействия на здоровые клетки.

Также ведутся разработки новых способов активации наночастиц, например, с помощью уровня кислотности или других биологических условий, специфичных для определённых областей тела или типов клеток.