От систем доставки лекарств в живые клетки требуется, чтобы они эффективно связывали эти лекарства, умели проникать сквозь клеточную мембрану, а затем высвобождать лекарство в цитоплазму. Многие системы проваливают задание на последнем шаге: попадая в лизосомы, они подвергаются действию пищеварительных ферментов и разрушаются вместе со своим ценным грузом. Поэтому разработка новых систем доставки не теряет своей актуальности.
Исследователи из Китайской Академии Наук считают, что мезопористые полые магнитные наночастицы (сокращенно их называют MMH) замечательно подходят для доставки белков в живые клетки. При размере пор 15-30 нм большинство белков может проникнуть внутрь наночастицы (размеры многих белков не превышают 15 нм); внутри частицы белки находятся в довольно обширной внутренней полости, благодаря чему не претерпевают существенных конформационных изменений и могут сохранять биологическую активность.
Ученые приготовили пористые полые наночастицы Fe3O4 диаметром 170 нм (рисунок 1). Эти наночастицы были модифицированы амино- либо карбоксильными группами для придания частицам положительного или отрицательного заряда, соответственно. Поскольку заранее не было известно, какие из частиц покажут лучшие свойства, то способность включать в себя белок была рассмотрена для всех трех вариантов MMH. В качестве модельного белка был выбран бычий сывороточный альбумин (BSA). Оказалось, что модифицированные аминогруппами MMH способны связать примерно в два раза больше белка, чем другие частицы при тех же условиях (около 73,27 мг BSA на грамм наночастиц). Конечно, это во многом зависит от свойств белка; но поскольку дальнейшие работы проводили с BSA, то и в качестве наночастиц взяли амино-MMH (AMMH).
Чтобы оценить эффективность доставки белка в цитоплазму клеток, использовали конъюгат BSA с FITC, что позволило следить за локализацией альбумина при помощи флуоресцентной микроскопии. Для исследований были выбраны клетки меланомы человека A375, которые известны тем, что в них очень сложно доставить что-либо. Результат эксперимента представлен на рисунке 2: видно, что отдельно добавленный BSA-FITC слабо проникает внутрь клеток, причем локализован в мелких гранулах - лизосомах (рисунок 2B). BSA-FITC в составе AMMH проникает в клетки гораздо более эффективно (рисунок 2E), а через 24 часа обнаруживается главным образом в цитоплазме клеток (рисунок 2H). Конечно, китайским ученым повезло с выбором наночастиц: ведь положительно заряженные частицы могут высвобождаться из поздних лизосом в цитоплазму, в то время как отрицательно заряженные – по-видимому, не могут.
Авторы работы изучили также влияние полученных наночастиц на выживаемость клеток. Оказалось, что при концентрации AMMH 1 мг/мл выживает не менее 75% клеток – исследователи говорят, что это неплохо. При этом оставшиеся в живых клетки были действительно живыми, а не вступившими в апоптоз, как показало окрашивание аннексином (рисунок 3).
Итак, белок (BSA) может быть успешно доставлен в цитоплазму клеток меланомы человека при помощи положительно заряженных мезопористых полых магнитных наночастиц. Системы доставки белков в клетки, основанные на AMMH, выглядят привлекательными и перспективными. Работа «Mesoporous magnetic hollow nanoparticles—protein carriers for lysosome escaping and cytosolic delivery» опубликована в Nanotechnology.
Исследователи из Китайской Академии Наук считают, что мезопористые полые магнитные наночастицы (сокращенно их называют MMH) замечательно подходят для доставки белков в живые клетки. При размере пор 15-30 нм большинство белков может проникнуть внутрь наночастицы (размеры многих белков не превышают 15 нм); внутри частицы белки находятся в довольно обширной внутренней полости, благодаря чему не претерпевают существенных конформационных изменений и могут сохранять биологическую активность.
Ученые приготовили пористые полые наночастицы Fe3O4 диаметром 170 нм (рисунок 1). Эти наночастицы были модифицированы амино- либо карбоксильными группами для придания частицам положительного или отрицательного заряда, соответственно. Поскольку заранее не было известно, какие из частиц покажут лучшие свойства, то способность включать в себя белок была рассмотрена для всех трех вариантов MMH. В качестве модельного белка был выбран бычий сывороточный альбумин (BSA). Оказалось, что модифицированные аминогруппами MMH способны связать примерно в два раза больше белка, чем другие частицы при тех же условиях (около 73,27 мг BSA на грамм наночастиц). Конечно, это во многом зависит от свойств белка; но поскольку дальнейшие работы проводили с BSA, то и в качестве наночастиц взяли амино-MMH (AMMH).
Чтобы оценить эффективность доставки белка в цитоплазму клеток, использовали конъюгат BSA с FITC, что позволило следить за локализацией альбумина при помощи флуоресцентной микроскопии. Для исследований были выбраны клетки меланомы человека A375, которые известны тем, что в них очень сложно доставить что-либо. Результат эксперимента представлен на рисунке 2: видно, что отдельно добавленный BSA-FITC слабо проникает внутрь клеток, причем локализован в мелких гранулах - лизосомах (рисунок 2B). BSA-FITC в составе AMMH проникает в клетки гораздо более эффективно (рисунок 2E), а через 24 часа обнаруживается главным образом в цитоплазме клеток (рисунок 2H). Конечно, китайским ученым повезло с выбором наночастиц: ведь положительно заряженные частицы могут высвобождаться из поздних лизосом в цитоплазму, в то время как отрицательно заряженные – по-видимому, не могут.
Авторы работы изучили также влияние полученных наночастиц на выживаемость клеток. Оказалось, что при концентрации AMMH 1 мг/мл выживает не менее 75% клеток – исследователи говорят, что это неплохо. При этом оставшиеся в живых клетки были действительно живыми, а не вступившими в апоптоз, как показало окрашивание аннексином (рисунок 3).
Итак, белок (BSA) может быть успешно доставлен в цитоплазму клеток меланомы человека при помощи положительно заряженных мезопористых полых магнитных наночастиц. Системы доставки белков в клетки, основанные на AMMH, выглядят привлекательными и перспективными. Работа «Mesoporous magnetic hollow nanoparticles—protein carriers for lysosome escaping and cytosolic delivery» опубликована в Nanotechnology.
