Искусственные «нанокапсулы», созданные ИИ, имитируют вирусы для улучшения генной терапии

Исследователи разработали инновационную терапевтическую платформу, имитируя сложные структуры вирусов с помощью искусственного интеллекта (ИИ). Их новаторское исследование было опубликовано в журнале Nature 18 декабря.

Вирусы уникально устроены для упаковки генетического материала в сферические белковые оболочки, что позволяет им реплицироваться и заражать клетки-хозяева. Вдохновившись этими сложными структурами, ученые исследуют искусственные белки, смоделированные по образцу вирусов.

Эти «нанокапсулы» имитируют поведение вирусов, эффективно доставляя терапевтические гены в целевые клетки. Однако существующие нанокапсулы сталкиваются с проблемами: их малый размер ограничивает количество переносимого генетического материала, а простой дизайн не воспроизводит многофункциональность природных вирусных белков.

Чтобы преодолеть эти ограничения, команда использовала вычислительный дизайн на основе ИИ. Хотя большинство вирусов имеют симметричные структуры, они также обладают тонкой асимметрией. Используя ИИ, команда воссоздала эти нюансы и впервые успешно спроектировала нанокапсулы в тетраэдрической, октаэдрической и икосаэдрической формах.

Полученные наноструктуры состоят из четырех типов искусственных белков, формируя сложные архитектуры с шестью различными белково-белковыми интерфейсами. Среди них икосаэдрическая структура диаметром до 75 нанометров выделяется способностью нести в три раза больше генетического материала, чем обычные векторы доставки генов, такие как адено-ассоциированные вирусы (AAV). Это значительный прогресс в генной терапии.

Электронная микроскопия подтвердила, что созданные ИИ нанокапсулы имеют точные симметричные структуры, как и задумывалось. Функциональные эксперименты также продемонстрировали их способность эффективно доставлять терапевтическую нагрузку в целевые клетки, открывая путь к практическому медицинскому применению.

«Достижения в области ИИ открыли дверь в новую эру, где мы можем проектировать и собирать искусственные белки для нужд человечества, — сказал профессор Сангмин Ли. — Мы надеемся, что это исследование не только ускорит разработку генной терапии, но и приведет к прорывам в создании вакцин следующего поколения и других биомедицинских инноваций».

В этом исследовании профессор Ли сотрудничал с лауреатом Нобелевской премии по химии 2024 года профессором Дэвидом Бейкером из Вашингтонского университета. Профессор Ли ранее работал постдокторантом в лаборатории профессора Бейкера почти три года, с февраля 2021 года до конца 2023 года, прежде чем присоединиться к кафедре химической инженерии POSTECH в январе 2024 года.