Создание более совершенных липосом

Исследователи из Университета Карнеги-Меллон, Колорадской горной школы и Калифорнийского университета в Дэвисе с помощью компьютерного моделирования предложили конструкцию улучшенной липосомы. Их теоретические выводы могут лечь в основу эффективного создания новых систем для доставки нанопрепаратов.

Липосомы — это небольшие контейнеры с оболочкой из липидов, того же материала, что и клеточная мембрана. В последние годы их используют для целевой доставки лекарств. Мембрану липосомы, содержащей препарат, модифицируют, добавляя белки, которые распознают и взаимодействуют с комплементарными белками на мембране больной клетки. После введения липосомы с лекарством перемещаются по организму и, в идеале, соединяются с целевыми клетками, высвобождая препарат.

Эту технологию часто применяют для высокотоксичных нанопрепаратов, например, химиотерапевтических, чтобы предотвратить повреждение здоровых клеток свободным лекарством. Однако исследования показали, что во многих случаях менее 10% препаратов, транспортируемых липосомами, попадает в опухолевые клетки. Часто липосома разрушается до достижения цели, и лекарство поглощается органами (печенью, селезенкой), вызывая токсичные побочные эффекты.

В статье, опубликованной в ACS Nano, учёные предложили повысить эффективность целевой доставки за счёт создания более стабильных липосом. С помощью трёх видов компьютерного моделирования они показали, что прочность липосом можно увеличить, добавив наночастицу-основу (из золота или железа) и соединив её с мембраной липосомы полимерными «якорями» (тетерами). Эта система действует как каркас и амортизатор, помогая липосоме выдерживать нагрузки при движении к цели.

1. Атомистическое моделирование (Франческа Станционе и Амадеу К. Сум) показало, как полимерные тетеры закрепляют мембрану на атомном уровне.
2. Мезомасштабное моделирование (Роланд Фаллер) изучило, как группа тетеров удерживает участок мембраны.
3. Крупнозернистое моделирование (Маркус Десерно и Миньян Ху) позволило увидеть реакцию всей конструкции на нагрузку, представив группы компонентов (а не каждый атом). Это было необходимо, так как моделирование всей системы на атомном уровне невыполнимо даже для суперкомпьютеров.

Моделирование Десерно показало, что при правильно подобранных размерах основы и тетеров мембрана становится гораздо более устойчивой, гибко поглощая воздействия. Также было смоделировано оптимальное создание системы: если поместить основу с прикреплёнными тетерами в раствор липидов и правильно подобрать условия, липосома нужного размера самособерётся вокруг этой конструкции.

Исследователи надеются, что их моделирование в будущем поможет химикам и разработчикам лекарств определять необходимые размеры основы и полимерных тетеров для создания стабильных липосом под конкретный препарат. Это может сузить параметры дизайна, ускорить разработку и снизить затраты.