Наночастицы научили «выгружать» лекарство от рака только в присутствии маркеров болезни

Немецкие исследователи разработали метод доставки лекарств в наночастицах, при котором высвобождение препарата происходит внутри клетки только в присутствии специфических маркеров болезни. Основой для наночастиц стал гликопротеин муцин с присоединенными частично комплементарными друг другу молекулами ДНК, играющими роль межмолекулярных сшивок. «Ключом» для разрыва ДНК-сшивок в наночастицах и высвобождения лекарства в клетке может быть микроРНК, сверхэкспрессия которой наблюдается при некоторых видах рака. Работа опубликована в журнале ACS Nano.

Лечение рака часто осложняется тем, что лекарства нужно доставить непосредственно внутрь раковых клеток, только там препарат, достигнув терапевтических концентраций, будет эффективен. Но решив эту задачу, мы сталкиваемся с проблемой неспецифического воздействия лекарств — например, цитотоксическому воздействию химиотерапевтических препаратов подвергаются не только раковые клетки, для которых они предназначены, но и здоровые, что приводит к нежелательным реакциям (иммуносупрессия, желудочно-кишечные расстройства, потеря волос и так далее).

Джерен Кимна (Ceren Kimna) с коллегами из Мюнхенского технического университета и Королевского технического института в Швеции решила эту проблему с помощью внутриклеточной доставки лекарств в биополимерных наночастицах, которые раскрываются только в раковых клетках. В качестве полимерной основы исследователи выбрали гликопротеин муцин, так как его химическая природа позволяет по-разному его функционализировать и хорошо связываться как с отрицательными, так и положительно заряженными молекулами. К тому же, ранее проведенные исследования по использованию муцина как основы биоматериалов показали, что у млекопитающих он вызывает либо незначительный иммунный ответ, либо полное его отсутствие.

В качестве сшивающего агента авторы использовали частично комплементарные (8 пар нуклеотидов) другу другу короткие молекулы ДНК, к 5’-концам которых присоединены тиольные группы. Через них олигонуклеотиды образуют дисульфидные связи с цистеиновыми остатками на концах молекул муцина. В присутствии глицерина молекулы муцина обратимо конденсируются, при этом короткие ДНК получают возможность сблизиться и комплементарно связываться друг с другом, образуя ДНК-муциновую полимерную наночастицу, внутри которой может находиться доставляемое лекарство.

Для специфического высвобождения лекарственного препарата исследователи предлагают использовать комплементарные олигонуклеотиды с большей аффинностью к сшивающей короткой ДНК (то есть образующие с ней больше комплементарных пар). Таким образом за счет конкурентного взаимодействия триггерные олигонуклеотиды смогут разрывать связи между сшивающими ДНК, нарушая структуру наночастицы.

Конечной целью работы авторы назвали создание наночастиц, способных к автономному высвобождению лекарств за счет клеточных, а не искусственных триггерных олигонуклеотидов. Для этого они подобрали в качестве сшивающей ДНК последовательность, комплементарную miR-21 (онкогенная микроРНК, гиперэкспрессия которой наблюдается в некоторых опухолевых клетках). Новая сшивающая ДНК (анти-miR-21) содержит 14 пар оснований, из них восемь — комплементарные между собой, а 11 нуклеотидов комплементарны miR-21.

Эффективность созданной системы проверили на уже упомянутой раковой линии клеток HeLa с высокой экспрессией miR-21 и на клетках NIH/3T3, где экспрессия miR-21 незначительна. За состоянием наночастиц следили по распределению флуоресцентно меченого муцина в клетках. Оказалось, что и в тех, и в других клетках наночастицы способны к интернализации, однако в здоровых клетках, где концентрация триггерных олигонуклеотидов (miR-21) низка, наночастицы оставались в конденсированном состоянии, тогда как в опухолевых клетках наночастицы раскрывались и флуоресцентно меченый муцин равномерно распределялся в цитозоле.

Исследователи отмечают специфичность высвобождения лекарственного препарата больных клетках, однако добавляют, что более эффективной и безопасной предложенная система может быть при сочетании ее с таргетной доставкой наночастиц — таким образом, чтобы те не только специфически высвобождали терапевтические агенты внутри раковых клеток, но и специфически в них проникали.

Разработки биоинженеров все больше вселяют оптимизм и позволяют надеяться на изобретение новых эффективных, а порой неожиданных методов лечения болезней. О том, кто и как в России создает биоматериалы мы писали в этом материале.

Наталия Миранда

https://nplus1.ru/news/2020/10...