Инженеры превратили природный растительный белок в носители для доставки лекарств

Исследователи из Пенсильванского университета разработали новый подход к созданию везикул (пузырьков) для доставки лекарств, используя белок подсолнечника.

Проблема и решение

Создание биосовместимых носителей, способных доставить лекарство к цели в организме, — сложная задача. Везикулы (полые капсулы с двойной стенкой) — идеальные кандидаты, так как организм сам производит похожие структуры. Однако найти подходящие молекулы для их сборки трудно. Учёные использовали рекомбинантные белки, получаемые путём внедрения гена в бактерию E. coli, чтобы та производила нужный белок.

Ключевой белок — олеозин

Исследователи во главе с профессором Дэниелом А. Хаммером идентифицировали подходящую молекулу — олеозин. Это поверхностно-активный белок, содержащийся в семенах подсолнечника и кунжута. Олеозины, как и мыло, имеют гидрофильную и гидрофобную части.

• Мицеллы (одинарный слой) имеют ограниченную способность переносить лекарства.
• Везикулы (двойной слой) образуют полость, заполненную водой, что позволяет переносить большие количества водорастворимых препаратов.

Генетическая инженерия для контроля формы

Команда систематически модифицировала ген олеозина, чтобы заставить белок сворачиваться и собираться в везикулы. Они укорачивали последовательности, кодирующие гидрофобные части, и меняли концы белка.

«Мы можем изменить одну аминокислоту в белке, модифицируя соответствующую часть гена», — пояснил аспирант Кевин Варго.

Этот метод обеспечивает точный контроль над длиной и последовательностью белка в каждом полимере. В процессе были также получены другие полезные варианты белка, формирующие листы и волокна.

Подтверждение структуры

Самой сложной частью исследования стала визуализация структур. Используя крио-просвечивающую электронную микроскопию (криоТЕМ), учёные быстро замораживали образцы в этане, что предотвращало образование кристаллов льда, разрушающих везикулы, и позволяло увидеть частицы в их естественном состоянии.

Перспективы и будущее

Поскольку олеозин уже является частью обычного рациона, такие везикулы представляют большой интерес для доставки лекарств, особенно пероральной. Дальнейшая работа будет включать:

• Добавление генов для функциональных групп, позволяющих нацеливать везикулы на определённые ткани.
• Создание «переключаемых» структур, которые будут разрушаться при определённых сигналах (например, в кислой среде опухолей) для высвобождения лекарства.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.