Приручение биологических наноконтейнеров
14.05.2005
3637
0
36370
Нанокапсулы, названные наноконтейнерами, часто встречаются в живых клетках. Хотя их открыли двадцать лет назад, до сих пор ученые не смогли понять их назначения, так как не была установлена их роль в клетке. Они не перемещали никаких молекул и не выполняли других функций.
Исследователи настолько заинтересовались этим феноменом, что генетически модифицировали одну из мышей таким образом, что в ее клетках не содержалось наноконтейнеров. Но лабораторная мышь вела себя точно так же, как и другие и никаких отклонений в ее развитии и состоянии не обнаружилось. Поэтому ученые удивились: если бы нанокапсулы не были нужны для функционирования клеток, то с течением эволюции они бы атрофировались. А из результатов исследований получается, что они в клетке не выполняют никаких функций.
Исследования наноконтейнеров натолкнули ученых на другую мысль: а что если использовать эти природные нанокапсулы в нанотехнологиях? Ведь они представляют собой идеальные контейнеры для доставки лекарств, молекул ДНК, РНК; их также можно использовать в наноэлектронике.
Наноконтейнеры представляют собой веретенообразные капсулы из белковых молекул. Они внутри полые и не структурированы. Фактически, наноконтейнеры – это пустая оболочка, которая должна что-то содержать.
Биохимик Леонард Ром из Калифорнийского университета, под чьим руководством были открыты в 1986 наноконтейнеры, в настоящее время составил модель, которая хорошо описывает структуру наноконтейнера. Также биохимик и его команда открыли, как эти нанокапсулы производятся в клетке: для этого необходима определенная цепочка РНК и набор белковых молекул. Как утверждает Ром: «теперь, когда мы можем создавать наноконтейнеры, мы будем управлять их свойствами, т.е. можем создать готовую нанокапсулу с грузом и специфическими маркерами на ее поверхности». Если исследователям удастся это сделать, то неминуем прорыв в области точной доставки лекарств.
Наноконтейнеры – отличный кандидат для перевозок медикаментов и фрагментов ДНК, так как они без препятствий проникают через клеточную мембрану и их не атакует иммунная система человека, воспринимая их как «своих». Как выразился Ром, нанокапсулы – «...это Троянские кони в медицине. Организм считает их своими, в то время как внутри они содержат грузы, которые мы захотим доставить внутрь него».
Первый шаг в приручении наноконтейнеров ученые уже сделали. Они открыли последовательность из 100 аминокислот, которая, как ключом, открывает внешнюю оболочку нанокапсулы, образуя в ней «погрузочное отверстие».
Затем исследователи попытались таким образом поместить внутрь наноконтейнера две флуоресцентные метки. Они присоединили их к «ключу» и добавили в раствор с наночастицами. Результат можно увидеть на рисунке.
«Это очень и очень хорошее доказательство того, что можно использовать наноконтейнеры в роли шаттлов для доставки лекарств непосредственно в живые клетки», – говорит Ром. – «Однако нам осталось проверить механизм разгрузки шаттла на живой клетке, а это пока не решенный вопрос».
Но работа исследователей продолжается. Проделав ряд контрольных экспериментов с живыми клетками, Ром и его коллеги добились интересных результатов. Они добавили наношаттлы с флуоресцентными частицами в культуру с живыми клетками, и те тоже начали светиться – груз попал в цель.
В дальнейшем исследователи намерены синтезировать наношаттлы со специфичными белковыми маркерами на их поверхности. Это позволит лекарству проникать непосредственно в больные клетки.
Как утверждает Ром, он видит несколько возможных перспектив применения этих наношаттлов в будущем:
– Доставка лекарств, в т.ч. в клетки раковых опухолей
– Доставка или замещение энзимов и ферментов, которые вызывают нарушения обмена веществ
– Доставка молекул ДНК для исправления генетических мутаций
– Стабилизация протеинов для увеличения их времени жизни
– Создание биосенсоров, способных отображать состояние отдельной клетки
– Детоксикация клеток и удаление из них вредных веществ
– Очистка окружающей среды от токсичных металлов и опасных биологических объектов
– Наноэлектроника: нанопереключатели, ключи на основе металлов и полупроводников, заключенных в наноконтейнере
http://www.nanonewsnet.ru
Подробнее о наноконтейнерах можно прочитать в статье Mikyas et al, «Cryoelectron Microscopy Imaging of Recombinant and Tissue Derived Vaults...» Journal of molecular biology, Vol 344, 2004, pp 91-105
Исследователи настолько заинтересовались этим феноменом, что генетически модифицировали одну из мышей таким образом, что в ее клетках не содержалось наноконтейнеров. Но лабораторная мышь вела себя точно так же, как и другие и никаких отклонений в ее развитии и состоянии не обнаружилось. Поэтому ученые удивились: если бы нанокапсулы не были нужны для функционирования клеток, то с течением эволюции они бы атрофировались. А из результатов исследований получается, что они в клетке не выполняют никаких функций.
Исследования наноконтейнеров натолкнули ученых на другую мысль: а что если использовать эти природные нанокапсулы в нанотехнологиях? Ведь они представляют собой идеальные контейнеры для доставки лекарств, молекул ДНК, РНК; их также можно использовать в наноэлектронике.
Наноконтейнеры представляют собой веретенообразные капсулы из белковых молекул. Они внутри полые и не структурированы. Фактически, наноконтейнеры – это пустая оболочка, которая должна что-то содержать.
Биохимик Леонард Ром из Калифорнийского университета, под чьим руководством были открыты в 1986 наноконтейнеры, в настоящее время составил модель, которая хорошо описывает структуру наноконтейнера. Также биохимик и его команда открыли, как эти нанокапсулы производятся в клетке: для этого необходима определенная цепочка РНК и набор белковых молекул. Как утверждает Ром: «теперь, когда мы можем создавать наноконтейнеры, мы будем управлять их свойствами, т.е. можем создать готовую нанокапсулу с грузом и специфическими маркерами на ее поверхности». Если исследователям удастся это сделать, то неминуем прорыв в области точной доставки лекарств.
Наноконтейнеры – отличный кандидат для перевозок медикаментов и фрагментов ДНК, так как они без препятствий проникают через клеточную мембрану и их не атакует иммунная система человека, воспринимая их как «своих». Как выразился Ром, нанокапсулы – «...это Троянские кони в медицине. Организм считает их своими, в то время как внутри они содержат грузы, которые мы захотим доставить внутрь него».
Первый шаг в приручении наноконтейнеров ученые уже сделали. Они открыли последовательность из 100 аминокислот, которая, как ключом, открывает внешнюю оболочку нанокапсулы, образуя в ней «погрузочное отверстие».
Затем исследователи попытались таким образом поместить внутрь наноконтейнера две флуоресцентные метки. Они присоединили их к «ключу» и добавили в раствор с наночастицами. Результат можно увидеть на рисунке.
«Это очень и очень хорошее доказательство того, что можно использовать наноконтейнеры в роли шаттлов для доставки лекарств непосредственно в живые клетки», – говорит Ром. – «Однако нам осталось проверить механизм разгрузки шаттла на живой клетке, а это пока не решенный вопрос».
Но работа исследователей продолжается. Проделав ряд контрольных экспериментов с живыми клетками, Ром и его коллеги добились интересных результатов. Они добавили наношаттлы с флуоресцентными частицами в культуру с живыми клетками, и те тоже начали светиться – груз попал в цель.
В дальнейшем исследователи намерены синтезировать наношаттлы со специфичными белковыми маркерами на их поверхности. Это позволит лекарству проникать непосредственно в больные клетки.
Как утверждает Ром, он видит несколько возможных перспектив применения этих наношаттлов в будущем:
– Доставка лекарств, в т.ч. в клетки раковых опухолей
– Доставка или замещение энзимов и ферментов, которые вызывают нарушения обмена веществ
– Доставка молекул ДНК для исправления генетических мутаций
– Стабилизация протеинов для увеличения их времени жизни
– Создание биосенсоров, способных отображать состояние отдельной клетки
– Детоксикация клеток и удаление из них вредных веществ
– Очистка окружающей среды от токсичных металлов и опасных биологических объектов
– Наноэлектроника: нанопереключатели, ключи на основе металлов и полупроводников, заключенных в наноконтейнере
http://www.nanonewsnet.ru
Подробнее о наноконтейнерах можно прочитать в статье Mikyas et al, «Cryoelectron Microscopy Imaging of Recombinant and Tissue Derived Vaults...» Journal of molecular biology, Vol 344, 2004, pp 91-105
Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Последние комментарии
