Биоактивные нанокапсулы для управления поведением клеток

Исследователи из Базельского университета сделали важный шаг в разработке инструментов для контроля клеточных сигнальных путей, лежащих в основе многих заболеваний. Они создали нанокапсулы с ферментами, которые могут встраиваться в естественные процессы клетки и усиливать её сигнальный каскад.

Защита активного груза

Чтобы защитить ферменты от деградации в клеточной среде, учёные поместили их в полимерные нанокапсулы. Молекулы могут проникать внутрь через биологические поры в синтетической стенке капсулы и вступать в реакцию с ферментами.

В экспериментах использовались нанокапсулы с разными ферментами, работающими в тандеме: продукт первой ферментативной реакции попадал во вторую капсулу и запускал там вторую реакцию. Такие нанокапсулы оставались активными в течение нескольких дней и успешно участвовали в естественных реакциях клеток млекопитающих.

Крошечные «динамики» и «уши»

В качестве модели исследователи во главе с профессором Корнелией Паливан выбрали сигнальный путь оксида азота (NO), дефекты которого связаны с сердечно-сосудистыми заболеваниями, мышечными и ретинальными дистрофиями.

Учёные создали два типа капсул:

• NOS-капсулы (с синтазами оксида азота) — производят NO, действуя как «динамики», громко «транслируя» сигнал.
• sGC-капсулы (с растворимой гуанилатциклазой) — улавливают и обрабатывают сигнал NO, действуя как «уши».

Усиление клеточного ответа

Используя внутриклеточную концентрацию кальция (зависимую от активности sGC) в качестве индикатора, учёные показали, что комбинация обеих капсул делает клетки гораздо более реактивными. Уровень внутриклеточного кальция увеличивался в 8 раз.

Значение для медицины

«Это новая стратегия стимуляции изменений в клеточной физиологии путём сочетания нанонауки с биомолекулами, — комментирует первый автор исследования доктор Андреа Беллуати. — Нам достаточно было просто инкубировать наши капсулы с клетками, и они были готовы к действию».

«Это доказательство концепции — важный шаг в области фермент-заместительной терапии для заболеваний, при которых нарушаются биохимические пути, таких как сердечно-сосудистые заболевания или различные дистрофии», — добавляет Корнелия Паливан.

Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.