Новый инструмент для детекции взаимодействий белков открывает перспективы для генной терапии
Исследователи под руководством эксперта по нанотехнологиям из SMU МинДжуна Кима разработали более быстрый и точный метод для определения свойств и взаимодействий отдельных белков. Это позволяет проводить оперативный и точный мониторинг взаимодействий вируса и клетки в реальном времени, что может привести к созданию инновационных методов лечения с использованием генной терапии. Эта техника использует безвредные вирусы для модификации генов человека с целью лечения заболеваний.
Исследование, опубликованное в журнале Nanoscale, демонстрирует, что созданное командой миниатюрное устройство точно определяет в реальном времени момент связывания двух белков, играющих роль в направленной генной терапии: фактора роста фибробластов (FGF-1) и гепарина.
В отличие от существующих методов детекции белок-белковых взаимодействий, этому устройству требуется лишь небольшой образец для исследования свойств отдельных белков и их сложных взаимодействий, что экономит время и средства на анализ.
Роль белков в генной терапии
Белки FGF-1 и гепарин, как было показано, помогают безвредному вирусу, адено-ассоциированному вирусу (AAV) — основному вектору для генной терапии, — присоединиться к правильным рецепторам на клетках человека.
Проблема в том, что AAV существуют в различных серотипах, каждый из которых имеет естественную склонность инфицировать определенные типы тканей. Для успеха терапии необходимо, чтобы правильный серотип AAV связался с корректными клеточными рецепторами. Однако процесс тропизма изучен недостаточно.
«Таким образом, лучшее понимание взаимодействий гепарина и FGF-1 поможет нам постичь тропизм для AAV-генной терапии», — отметил Ким, что, в свою очередь, может позволить создавать целевые генные терапии для конкретных заболеваний.
Как работает устройство
Команда создала и протестировала устройство, известное как твердотельная нанопора. Каждая пора в этом исследовании была изготовлена из мембран нитрида кремния (Si*xNy*) толщиной 12 нанометров, с отверстием диаметром примерно 17 нанометров.
Устройство определяет связывание гепарина с FGF-1 путем измерения электрического тока. Молекула из образца проходит через крошечное отверстие, разделяющее две камеры с электролитными растворами. Это вызывает колебания электрического тока, которые можно расшифровать для детекции связывания.
Команда рассчитала характерные электрические токи для трех сценариев: когда в образце присутствует только гепарин; только FGF-1; и когда два белка находятся в равном соотношении.
Будущие цели и перспективы
Ким заявил, что «результаты этого исследования представляют собой предварительный эксперимент, закладывающий основу для будущих endeavors».
Его конечная цель — использовать твердотельные нанопоры для изучения двух других белков, также важных для направленной генной терапии: фактического связывания капсида AAV с клеточными поверхностными рецепторами.
«Эффективность направленной генной терапии зависит от аффинности между вирусным капсидом и клеточными поверхностными рецепторами», — пояснил Ким. Измерение этого взаимодействия может прояснить, успешно ли вирус доставил свой груз, что является ключевым барьером из-за невозможности измерить количество передаваемого генетического материала (риск передозировки или недодозировки).
Ведущий автор исследования Навод Тьяшан отметил, что нанопоры также могут заложить основу для разработки других новых методов лечения. Их можно использовать с другими белками, имеющими высокое сродство друг к другу, что позволит создавать терапии для регуляции взаимодействий, вызывающих заболевания.
«Твердотельные нанопоры (SSNs) могут быть изготовлены диаметром от единиц нанометров до сотен», — сказал он. «Таким образом, SSNs могут использоваться в большинстве приложений для сенсинга биомолекул, если мы выберем правильный диаметр поры для изучаемых белков».