Os biofísicos desenvolveram um método para modificar a superfície de micro e nanopartículas - estruturas minúsculas que medem entre um milésimo e um milionésimo de um milímetro - cobrindo-as com moléculas biológicas. Projetado desta forma, as partículas podem servir como agentes terapêuticos e de diagnóstico, entrega de drogas às células cancerosas.

O artigo foi publicado na revista Materiais e interfaces aplicados ACS . Seus autores são pesquisadores do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT), o Instituto de Química Bioorgânica da Academia Russa de Ciências (IBCh RAS), Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI, Sechenov University, e a Macquarie University (Austrália).

Por volta de 1900, Paul Ehrlich, o vencedor do Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1908, imaginou drogas que teriam um componente que reconhece patógenos no corpo e outro componente que atua no alvo. Usualmente, tais drogas têm como alvo os receptores na superfície das células danificadas. Esses receptores também permitem que o agente reconheça a célula. Um sistema universal deste tipo pode ser usado para diagnósticos, terapia, ou ambos. Quando terapia e diagnóstico são combinados, isso é conhecido como teranóstica.

Para fazer um sistema que incorpora um componente terapêutico e um diagnóstico, uma "cola molecular" é necessária para manter as duas partes juntas. Esta cola pode ser realizada como proteínas capazes de formar um complexo estável ligando-se umas às outras. Um dos complexos mais estáveis ​​desse tipo é o par de proteínas barnase-barstar. Há um valor conhecido como constante de ligação que caracteriza a força com que as moléculas de um complexo são acopladas. A constante de ligação do complexo barnase-barstar é 1, 000 a 1 milhão de vezes maior do que aqueles dos complexos antígeno-anticorpo, que são a base de nossa resposta imunológica.

Barnase e barstar podem ser usados ​​para projetar vários módulos funcionais para teranóstica. Por exemplo, barnase pode ser ligada a agentes terapêuticos - anticorpos, drogas, moléculas fluorescentes, etc. — enquanto o barstar pode ser fundido com um agente de direcionamento. Este conceito foi sugerido por Sergey Deyev, o chefe do Laboratório de Imunologia Molecular do IBCh RAS. Os dois módulos são então combinados, formando um composto bifuncional, que tem propriedades terapêuticas e diagnósticas, e permite a entrega direcionada do medicamento. Ao fundir barnase e barstar com várias moléculas terapêuticas e de diagnóstico, os pesquisadores podem desenvolver uma gama de agentes teranósticos baseados no mesmo princípio. Essas estruturas moleculares podem ser transportadas na superfície de nanopartículas ou micropartículas. As próprias partículas podem ter propriedades auxiliares, incluindo fluorescência ou a capacidade de ser destruído quando exposto à radiação, matando as células nocivas circundantes, como as células cancerosas. Dezenas de estruturas moleculares de diferentes tipos podem ser depositadas em uma partícula minúscula, potencialmente aumentando seus efeitos terapêuticos.

Kit de montagem molecular

A noção de usar nano e micropartículas para entregar medicamentos está sendo ativamente pesquisada em muitos laboratórios. Os pesquisadores russos e australianos desenvolveram um agente teranóstico baseado em nanopartículas usando o complexo de proteína barnase-barstar e estudaram suas propriedades.

"A maioria dos métodos usados ​​atualmente para acoplar quimicamente biomoléculas a nanopartículas tem sérias falhas, "diz a autora principal Victoria Shipunova, pesquisador do Laboratório de Nanobiotecnologia do MIPT e pesquisador sênior do Laboratório de Imunologia Molecular do Instituto de Química Bioorgânica. "A orientação espacial das biomoléculas é mal controlada, e eles encontram problemas ao vincular a seus alvos. A densidade das moléculas acopladas é bastante baixa, e o procedimento é demorado. "

"Desenvolvemos um método baseado no par de proteínas barnase-barstar que não altera a estrutura espacial das moléculas-alvo. Duas outras vantagens são sua alta especificidade e acoplamento rápido:leva apenas alguns minutos para que todos os módulos se liguem, " Ela explica.

Os pesquisadores usaram partículas revestidas de dióxido de silício como transportadores de seu complexo molecular. Os principais alvos das biostruturas descritas no artigo são as células cancerosas, identificável pelo oncomarcador HER2 / neu em sua superfície, mostrado como um crescimento vermelho na figura 2. HER2 / neu é uma proteína responsável pelo crescimento e divisão celular e está presente em células saudáveis. Em células cancerosas, Contudo, essa proteína está em excesso - ou superexpressa - permitindo que eles cresçam e se dividam de maneira descontrolada.

Os pesquisadores usaram uma molécula da classe de proteínas de repetição de anquirina projetadas, ou DARPins, como o agente de direcionamento que reconhece a proteína HER2 / neu. Mostrado como estruturas em forma de campânula azul claro nas figuras 1 e 2, As DARPins são proteínas pequenas e altamente estáveis, capazes de se ligar seletivamente à molécula alvo. Além de uma molécula DARPin, que reconhece as células cancerosas, a estrutura precisa incorporar uma molécula capaz de se ligar à superfície da partícula transportadora - isto é, em dióxido de silício. Por esta, os pesquisadores usaram um peptídeo de ligação ao dióxido de silício obtido por um projeto racional na Macquarie University. Como resultado, eles criaram a seguinte estrutura:uma nano ou micropartícula é revestida com dióxido de silício, ao qual o módulo barnase-DARPin está ligado através do peptídeo de ligação de dióxido de silício fundido com barstar (figura 1). Mais importante, cada um dos elementos envolvidos pode ser alterado ou mesmo substituído, modificar as propriedades da estrutura geral. De certa forma, é semelhante a um kit molecular de blocos de construção, que pode ser montado de várias maneiras, produzindo diferentes agentes terapêuticos.

Com efeito, os pesquisadores criaram um método de montagem universal, que permite que uma série de moléculas com potencial terapêutico e diagnóstico sejam facilmente combinadas, ao mesmo tempo em que preserva sua estrutura e propriedades espaciais.