Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ) СО РАН совершили важное открытие в области наномедицины. Впервые им удалось зафиксировать и изучить мягкую белковую корону — слой белков, который формируется вокруг наночастиц при попадании в биологические жидкости. Это явление играет ключевую роль в поведении нанопрепаратов в организме, влияя на их распределение, эффективность и безопасность.
Белковая корона состоит из двух слоев: жесткого, который прочно связывается с поверхностью наночастицы, и мягкого, который динамично меняется в зависимости от окружающей среды. Именно мягкая корона определяет, как наночастица взаимодействует с клетками, куда она направится и насколько успешно доставит терапевтическую нагрузку. Однако до сих пор изучение этого слоя было крайне затруднительным из-за его нестабильности — состав белков мог измениться даже при простом перемешивании жидкости.
Для решения этой проблемы исследователи применили инновационный метод фотомодификации. С помощью ультрафиолетового излучения они «сшили» молекулы белков, предотвратив их распадение и изменение состава. Это позволило зафиксировать мягкую корону в стабильном состоянии и провести ее детальный анализ с помощью масс-спектрометрии. Полученные данные открывают новые перспективы для разработки нанопрепаратов, поскольку теперь ученые могут целенаправленно изменять состав белковой короны, чтобы управлять поведением лекарственных частиц в организме.
Существование мягкой белковой короны было известно давно, прежде всего, из-за её негативного воздействия на доставку нанопрепаратов. Однако, при выделении наночастиц мягкая корона терялась, поскольку она меняет состав при малейших воздействиях, а процедуры выделения связаны с центрифугированием и использованием градиентов плотности. При попытках изучения in situ состав мягкой короны постоянно менялся, что мешало изучению её характеристик. Разработанный нами метод фотофиксации позволяет сохранить полную белковую корону, и определить с помощью масс-спектрометрии белковый состав мягкой короны. Что касается прямой визуализации в просвечивающем электронном микроскопе, то мы используем этот метод для контроля всех стадий наших исследований с нанообъектами.
Рябчикова прокомментировала для Наука Mail, что научившись определять белковый состав мягкой короны, можно его модифицировать, вводя дополнительные молекулы. В настоящее время внесение такие молекул в терапевтическую наноконструкцию не даёт нужного результата, так как формирующаяся в крови или другой биологической жидкости мягкая корона адресует наночастицу «куда захочет». В первую очередь «размазывание» нанопрепаратов по организму влияет на эффективность лечения глубоких опухолей. Чёткая адресация нанопрепаратов нужна для точной дозировки препаратов и снижения их токсического эффекта.
Открытие новосибирских ученых уже получило признание в научном сообществе — результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials. В ближайших планах исследователей — изучение роли белковой короны в доставке терапевтической РНК в клетки. Это особенно актуально в свете развития РНК-вакцин и генной терапии, где точная доставка молекул к целевым клеткам играет решающую роль.
Методика, разработанная в ИХБФМ СО РАН, имеет широкие перспективы применения. Она может использоваться не только для искусственных наночастиц, но и для изучения естественных наноструктур, например, внеклеточных везикул, которые циркулируют в крови и участвуют в межклеточной коммуникации. Это открывает новые горизонты для диагностики заболеваний на ранних стадиях и разработки персонализированных методов лечения.