Открытие новой главы в создании миметиков антител
Антитела — это белки, которые действуют как молекулы распознавания патогенов (вирусов и бактерий) и являются рабочими лошадками иммунной системы. Они связываются с определёнными молекулами очень прочно, что делает их идеальными для биомедицинских применений, например, в диагностике или терапии. Однако производство антител дорого, а сами они недостаточно стабильны. Это побуждает химиков искать синтетические материалы, способные имитировать ключевые аспекты структуры и функции антител. При этом остаётся фундаментальной задачей создание химически разнообразных популяций свёрнутых синтетических наноструктур, подобных белкам, которые можно было бы настроить на специфическое связывание с патогенами.
В недавнем исследовании, опубликованном в ACS Nano, команда учёных разработала новый метод быстрого синтеза и скрининга библиотек двумерных пептоидных наноструктур, способных избирательно связывать целевые белки. Пептоиды — это биоинспирированные, определённые по последовательности молекулы, которые служат строительными блоками для создания белкоподобных структур.
«Теперь мы можем легко создавать популяции синтетических материалов, которые можно спроектировать для распознавания потенциального патогена», — сказал Рон Цукерманн, старший научный сотрудник, руководивший исследованием. «Это яркий пример биомиметической нанонауки: создание функциональных химических архитектур из свёрнутых, богатых информацией полимерных цепей».
Исследователи спроектировали семейство пептоидных полимеров, которые сворачиваются в упорядоченные нанолисты, демонстрирующие на своей поверхности высокую плотность разнообразных пептоидных петель, подобно молекулярной версии липучки. Высокая плотность петель обеспечивает множество сайтов связывания с целевыми белками, повышая селективность и чувствительность.
Одним из основных ограничений для скрининга больших библиотек свёрнутых наноструктур является сложность их синтеза. Команда работала над автоматизацией почти каждого этапа процесса — от химического синтеза пептоидов, содержащих петли (лупоидов), сборки лупоидов в нанолисты, скрининга нанолистов на предмет связывания с различными белками до валидации найденных «хитов».
Используя эту новую процедуру, исследователи идентифицировали пептоидную структуру, которая легко и избирательно связывается с защитным антигеном сибирской язвы — белком, связанным с токсином.
«Эта работа стала результатом огромных усилий ряда институтов и представляет собой веху для данной области», — отметил Цукерманн.
Оптимизация процессов синтеза, сборки и скрининга обеспечивает масштабируемую стратегию для генерации и скрининга больших химических библиотек 2D-наноматериалов, способных проявлять мощное и селективное связывание с целевыми белками. Эти свойства должны позволить быстро находить материалы для специфического связывания патогенов и повлиять на многие биомедицинские применения, такие как сенсорика, диагностика и терапия.