Учёные из Университетского колледжа Лондона и Оксфордского университета создали синтетическую клетку, которую можно активировать с помощью магнитного поля для высвобождения лекарства в глубине организма.
Новая методика, опубликованная в журнале Nature Chemistry, может быть использована для точного нацеливания лекарств на раковые опухоли или бактериальные инфекции, одновременно повышая их эффективность и снижая побочные эффекты.
Синтетические клетки: принцип работы
Синтетические клетки — это неживые имитации реальных клеток. Они имеют жировую мембрану (или оболочку), которая содержит химические или биологические компоненты, такие как ДНК. В зависимости от ДНК внутри, клетки могут производить любой необходимый белок.
До сих пор их использование для доставки лекарств ограничивалось тем, что ими нельзя было управлять после попадания в организм. Предыдущие исследования активировали синтетические клетки с помощью света, но свет не может проникнуть глубже, чем на миллиметр в кожу.
Как работает новая методика
Для этих новых синтетических клеток исследовательская группа прикрепила ДНК вокруг крошечных магнитных наночастиц из оксида железа. Эти покрытые ДНК наночастицы были заключены в двухслойную липидную мембрану, как у настоящей клетки.
Команда применила переменное магнитное поле, в результате чего магнитные наночастицы нагревали только своё непосредственное окружение, что приводило к активации ДНК внутри синтетической клетки для производства белка. ДНК производила белок, который светился зелёным, чтобы измерить, сколько было произведено, и мембранный белок для контролируемого высвобождения модельной молекулы лекарства.
Для применения в реальных условиях молекулы, убивающие рак или бактерии, можно просто заменить в этой системе магнитного высвобождения. Возможность контролировать, когда эти молекулы высвобождаются, может позволить использовать эти методы лечения более точно, потенциально снижая побочные эффекты.
Для этого исследования учёные показали, что синтетические клетки можно активировать с помощью магнитного поля, даже когда они находятся внутри чёрной трубки, используемой для имитации твёрдой ткани живого организма.
Старший автор доктор Майкл Бут из химического факультета Университетского колледжа Лондона сказал: «Что нас радует в нашем исследовании, так это то, что оно открывает потенциал для использования синтетических клеток в организме. Это делает возможными новые виды лечения».
Перспективы
Синтетические клетки можно настроить для широкого спектра применений. В будущем их можно будет сконструировать так, чтобы они высвобождали лекарство при обнаружении чего-либо в своём непосредственном окружении — например, опухоли или бактерий. Такой более целенаправленный подход может позволить врачам использовать меньшие дозы лечения, делая его более безопасным.
Исследовательская группа использовала «клик-химию», где молекулы соединяются друг с другом, как кубики LEGO, чтобы прочно связать ДНК с поверхностью магнитных наночастиц. Однако, как выяснилось в предыдущих исследованиях, часть ДНК оставалась лишь слабо связанной с наночастицами, что приводило к их легкому откреплению и утечке в окружающую среду.
Чтобы решить эту проблему, команда разработала новый метод удаления слабо связанных нитей ДНК. Они поместили наночастицы в гель и применили электрическое поле. Поскольку ДНК обладает высокой электрической заряженностью, слабо связанные нити удалялись от частиц, оставляя на месте только прочно прикреплённые нити.
Этот новый метод снизил количество «утечки» ДНК на 90%, как подсчитали исследователи.
Учёные объяснили, что и нагрев, и сила магнитного поля были на уровнях, безопасных для человека. Локальный нагрев магнитной наночастицы, запускаемый переменным магнитным полем, уже используется для лечения глиобластомы (разновидности рака мозга).
Первый автор Эллен Паркс, аспирантка Оксфордского университета, сказала: «Наше доказательство принципа открывает возможность перепрофилирования уже одобренной в клинике терапии для уничтожения раковых клеток путём использования переменных магнитных полей для производства и высвобождения лекарств только в целевой области внутри организма».
Подход с использованием синтетических клеток универсален и позволит создавать различные лекарства, нацеленные на различные виды рака. Эта технология имеет потенциал стать новым видом терапии при дальнейшем исследовании на модели рака.
Предоставлено Университетским колледжем Лондона.