Поверхность наночастиц приспособлена для размещения любых биологических молекул, что позволяет адаптировать наночастицы для широкого спектра применений — от адресной доставки лекарств до нейтрализации биологических агентов.

Прелесть этой технологии заключается в ее простоте и эффективности. Вместо того чтобы создавать совершенно новые наночастицы для каждого конкретного применения, исследователи теперь могут использовать модульную основу наночастиц и удобно присоединять к ним белки, нацеленные на нужный биологический объект. Раньше для создания наночастиц, предназначенных для различных биологических целей, требовалось каждый раз проходить от начала до конца новый синтетический процесс. Но с помощью новой технологии одна и та же модульная основа наночастиц может быть легко модифицирована для создания целого набора специализированных наночастиц.

Это платформа, позволяющая быстро модифицировать функциональную биологическую наночастицу, — говорит Лянфанг Чжан, профессор наноинженерии в Школе инженерии Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего.

О своей работе Чжан и его коллеги подробно рассказывают в статье, опубликованной 30 октября в журнале Nature Nanotechnology.

Модульные наночастицы состоят из биоразлагаемых полимерных сердечников, покрытых генетически модифицированными клеточными мембранами. Ключевым элементом модульной конструкции является пара синтетических белков SpyCatcher и SpyTag, специально разработанных для спонтанного и эксклюзивного связывания друг с другом. Эта пара обычно используется в биологических исследованиях для объединения различных белков. В данном исследовании Чжан и его коллеги использовали эту пару для создания системы, позволяющей легко прикреплять интересующие их белки к поверхности наночастиц.

Вот как это работает: SpyCatcher встраивается в поверхность наночастицы, а SpyTag химически связывается с интересующим белком, например, с белком, направленным против опухолей или вирусов. Когда белки, связанные с SpyTag, вступают в контакт с наночастицами, декорированными SpyCatcher, они легко связываются друг с другом, что позволяет без труда прикрепить интересующие белки к поверхности наночастиц. Например, для борьбы с опухолями SpyTag может быть связан с белком, предназначенным для поиска опухолевых клеток, и этот белок, связанный с SpyTag, прикрепляется к наночастице. Если цель сместится на конкретный вирус, то процесс будет таким же простым: достаточно связать SpyTag с белком, нацеленным на вирус, и прикрепить его к поверхности наночастицы.

Это очень простой, упорядоченный и понятный подход к функционализации наночастиц для любого биологического применения, — говорит Чжан.

Для создания модульных наночастиц исследователи сначала генетически модифицировали клетки эмбриональной почки человека (HEK) 293 — широко используемую в биологических исследованиях клеточную линию — для экспрессии на их поверхности белка SpyCatcher. Затем клеточные мембраны были выделены, разбиты на мелкие кусочки и нанесены на наночастицы из биоразлагаемого полимера.

Затем эти наночастицы смешивались с белками, связанными со SpyTag. В данном исследовании использовались два различных белка: один — рецептор эпидермального фактора роста (EGFR), другой — рецептор эпидермального фактора роста человека 2 (HER2), которые распространены на поверхности различных раковых клеток.

В качестве доказательства концепции исследователи испытали эти наночастицы на мышах с опухолями яичников. Наночастицы были нагружены доцетакселом, химиотерапевтическим препаратом, и вводились мышам путем внутривенных инъекций каждые три дня в течение четырех инъекций. Лечение наночастицами подавляло рост опухоли и повышало выживаемость. Медиана выживаемости мышей, получавших лечение, составила 63-71 день, в то время как медиана выживаемости мышей, не получавших лечения, составила 24-29 дней.

Исследователи планируют и дальше совершенствовать модульную платформу наночастиц для адресной доставки лекарств.

Помимо лечения рака, Чжан с нетерпением ждет других потенциальных применений этой технологии.

Поскольку у нас есть модульная основа для наночастиц, мы можем легко прикрепить на ее поверхность нейтрализующий агент для нейтрализации вирусов и биологических токсинов, — сказал он.

Существует также возможность создания вакцин путем присоединения антигена к поверхности наночастицы с использованием этой модульной платформы. Это открывает возможности для различных новых терапевтических подходов.