Молекулы самоорганизуются для создания новых методов лечения

Исследователи из лаборатории Сэмюэля И. Стаппа в Северо-Западном университете разработали подход к решению серьёзных медицинских проблем: они используют сырые материалы, которые самоорганизуются в структуры для лечения различных заболеваний.

В основе работы лежат пептидные амфифилы (PA) — небольшие синтетические молекулы, разработанные Стаппом 7 лет назад. Комбинируя и модифицируя эти молекулы, учёные могут создавать разнообразные структуры для лечения травм спинного мозга, диабета и болезни Паркинсона.

Рамиль М. Капито, научный сотрудник лаборатории, представит обзор этой работы на симпозиуме "Взрослые стволовые клетки: от научного процесса к пользе для пациента" 14 февраля на ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS) в Чикаго.

Капито обнаружила, что комбинация молекул PA с гиалуроновой кислотой (HA) — биополимером, содержащимся в суставах и хрящах человека, — мгновенно образует мембранные структуры в виде самоорганизующихся мешочков. Мембрана мешочка обладает иерархическим порядком от нано- до микромасштаба, что придаёт ей уникальные физические свойства. Результаты были опубликованы в журнале Science (Capito et al, Science 2008; 319:1812-6).

Как создаются мешочки:

• Более тяжёлые молекулы HA вводятся в раствор PA.
• При оседании HA более лёгкие молекулы PA окружают их, образуя замкнутый мешочек с HA внутри.

Свойства и возможности:

• Человеческие стволовые клетки, помещённые внутрь таких мешочков, оставались жизнеспособными до 4 недель в культуре.
• Через мембрану мог проходить крупный белок — фактор роста, важный для сигналинга стволовых клеток.
• Стволовые клетки внутри мешочков способны дифференцироваться.
• Мембрана способна к самовосстановлению: при повреждении (например, иглой) нанесение капли раствора PA на разрыв приводит к его запечатыванию.

Хотя внутренняя структура мешочков имеет наноразмеры, сами мешочки и мембраны могут быть любого размера и видны невооружённым глазом.

Перспективы применения:

• Мешочки можно модифицировать, добавляя биоактивные регионы, что позволяет создавать многофункциональные структуры.
• Это открывает путь к новым методам доставки стволовых клеток: клетки можно загружать в мешочек, запрограммированный на их высвобождение в месте повреждения.

Ранее было показано, что молекулы PA могут формировать фибриллярные гели диаметром 5–8 нанометров. Эти гели используются в регенеративной медицине, и у исследовательской группы есть данные in vivo по восстановлению спинного мозга, ангиогенезу и регенерации костной и хрящевой ткани.