Наночастицы золота — перспективные носители для доставки лекарств

Особая категория наночастиц золота способна легко проникать через клеточные мембраны, что делает их перспективными кандидатами для прямой доставки лекарств в целевые клетки.

Новое исследование учёных-материаловедов MIT показывает, что эти наночастицы проникают в клетки, используя путь, обычно задействованный при слиянии везикул — ключевом процессе передачи сигналов между нейронами. В выпуске Nature Communications от 21 июля исследователи подробно описали механизм, позволяющий этим наночастицам сливаться с мембраной.

Результаты указывают на возможные стратегии для проектирования наночастиц — из золота или других материалов — которые могли бы проникать в клетки ещё легче.

Незаметное проникновение

Большинство наночастиц попадают в клетки путём эндоцитоза, который задерживает частицы во внутриклеточных компартментах, что может повредить мембрану и вызвать утечку содержимого клетки. Однако в 2008 году было обнаружено, что особая категория золотых наночастиц, покрытых смесью молекул (лигандов), может проникать в клетки без какого-либо нарушения.

В новом исследовании с помощью детального атомистического моделирования и экспериментов был выявлен механизм этого процесса. Способность частиц проникать в клетки зависит от взаимодействия между гидрофобными лигандами и липидами клеточной мембраны.

Клеточные мембраны состоят из двойного слоя фосфолипидных молекул с гидрофобными липидными хвостами и гидрофильными головками. Моделирование показало, что в «идеальном» бислое наночастицы не могут слиться с мембраной. Однако если в мембранной модели присутствует «дефект» — отверстие, через которое могут выскользнуть липидные хвосты, — наночастицы начинают проникать внутрь. Гидрофобные липидные выступы и частицы притягиваются друг к другу, и частицы поглощаются мембраной без её повреждения.

В реальных мембранах такие выступы возникают случайно, особенно рядом с участками, где в мембрану встроены белки, и чаще — в изогнутых участках мембраны.

Подражание природе

Это явление, по-видимому, имитирует естественный процесс слияния везикул с клеточной мембраной. Сходство между поглощением везикул и проникновением наночастиц предполагает, что клетки, в которых часто происходит слияние везикул, могут быть хорошими мишенями для доставки лекарств с помощью золотых наночастиц.

Исследователи планируют далее изучить, как состав мембран и встроенные в них белки влияют на процесс поглощения в разных типах клеток.