Разработаны самособирающиеся и самоподсвечивающиеся терапевтические белки

Основная проблема при доставке лекарств в организм — обеспечить их удержание в зоне лечения и точное высвобождение. Хотя в доставке достигнут прогресс, мониторинг часто требует инвазивных процедур, например, биопсий.

Исследователи из NYU Tandon под руководством профессора химической и биомолекулярной инженерии Джин Ким Монтклер разработали белки, способные самособираться в волокна для использования в качестве терапевтических агентов при лечении множества заболеваний.

Эти биоматериалы могут инкапсулировать и доставлять терапевтические средства. Однако долгое время оставался нерешённым вопрос: как убедиться, что белки продолжают доставлять препарат в нужное место организма в течение необходимого времени.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале ACS Applied Nano Materials, её лаборатории удалось создать фторированные биоматериалы. Благодаря фторированию их можно отслеживать с помощью простых сканирований ¹⁹F MRI, что позволяет медикам неинвазивно контролировать нахождение препаратов в зоне лечения.

Материал состоит из природных белков, но исследователи ввели в их состав неестественную аминокислоту — трифторлейцин. Поскольку фтор редко встречается в организме, эти биоматериалы начинают «светиться» при сканировании методом ¹⁹F MRI.

«Как тераностический агент, он может не только доставлять терапевтик, например, при раке или заболевании суставов, но теперь мы можем видеть, что он всё ещё находится в организме и высвобождает лекарство там, где нужно», — говорит Монтклер. — «Это устраняет необходимость в инвазивных операциях или биопсиях, чтобы увидеть, что происходит».

Поскольку эти биоматериалы состоят из органических веществ, после выполнения своей задачи и доставки терапевтиков организм может их расщепить без побочных эффектов. Это отличает их от методов с использованием неорганических материалов, которые могут вызывать иммунный ответ.

Исследование проводилось на моделях мышей, и команда планирует эксперименты на мышах с конкретными заболеваниями.

Вычислительный дизайн улучшенных белковых гидрогелей

В другой статье, опубликованной в Biomacromolecules, лаборатория Монтклер использовала вычислительный дизайн для создания белков, способных формировать гидрогели, благодаря программе, написанной аспирантом Дастином Бриттоном.

Эти гидрогели имеют разные температуры перехода — температуры, при которых гели остаются стабильными. Ранее верхний предел гелеобразования составлял около 17 °C, что было непригодно для биомедицинского применения, так как гель плавился при температуре тела. С помощью вычислительно спроектированных белков Бриттону удалось поднять этот предел до 33,6 °C.

Благодаря новой стабильности эти белки можно использовать для местного лечения, включая заживление ран. Кроме повышенной термостойкости, новый белок гелеобразуется намного быстрее предыдущих версий.

Бриттону также удалось спроектировать белок, который является флуоресцентным, что даёт ему тот же потенциал для визуализации, что и фторированным белкам. Это позволяет врачам отслеживать его наличие в ранах. Гель обладает теми же преимуществами биоразлагаемости.

«Для производства биоматериалов это абсолютно ускорит то, что мы можем создавать», — говорит Монтклер. — «Традиционно это делается путём рациональных изменений, и в 90% случаев это не работает. С этой новой моделью работают все [варианты], и мы можем выбрать лучшие из них. Это революционизирует способ создания биоматериалов».

Эта модель меняет подход к созданию новых белков и материалов в лаборатории Монтклер и ускорит производство революционных биоматериалов для лечения серьёзных заболеваний.