Naukowcy opracowali pionierską metodę modyfikowania tożsamości białek w organizmie, co może zrewolucjonizować ukierunkowane dostarczanie leków.
Zmieniając markery białkowe, mogą skierować terapie przeciwnowotworowe bezpośrednio na nowotwory, zapewniając precyzyjne leczenie i minimalne skutki uboczne. Podejście to, potwierdzone na myszach, sugeruje również możliwość zaprojektowania leków, które mogą pełnić różnorodne funkcje w różnych narządach.
Przełomowa technologia modyfikacji białek
Naukowcy z Klastra Pionierskich Badań RIKEN (CPR) zaprezentowali przełomową technologię, która może zmienić w organizmie rozpoznaną tożsamość białek. Wyniki badania opublikowano dzisiaj (2 października) w czasopiśmie naukowym Komunikacja przyrodniczapokazuje, w jaki sposób badacze mogą atakować nowotwory myszy za pomocą białka, a następnie transportować to białko z organizmu.
Oznacza to, że leki zabijające raka mogą być wysyłane bezpośrednio do nowotworów, a następnie wydalane z organizmu po zrzuceniu ładunku. Technologia ta może również pozwolić na wykorzystanie leków wielofunkcyjnych, które mogą przemieszczać się z organu do organu, wykonując oddzielne działania w każdym miejscu.
Celowanie w chorobę za pomocą zmodyfikowanych białek
Białka we krwi przemieszczają się po całym organizmie, co czyni je idealnymi nośnikami do ukierunkowanych terapii takich chorób jak rak. Aby uniknąć uszkodzenia nieukierunkowanej tkanki, leki muszą wyrządzić szkody, przyłączając się do właściwych komórek, a to wymaga skomplikowanej molekularnej karty identyfikacyjnej.
Nowe badanie prowadzone przez Katsunori Tanakę z RIKEN CPR koncentruje się na zmianie markerów identyfikacyjnych na powierzchni albuminy, białka najobficiej występującego we krwi, zmieniając w ten sposób tkanki, do których może się ona przyczepić w organizmie myszy.
Klucz do zmiany tożsamości białka
W poprzednim badaniu zespół Tanaki zbadał możliwości różnych cząsteczek znakujących identyfikacyjnych – zwanych glikanami – przyłączonych do albuminy w zakresie nowotworu. Odkryli, że wzór identyfikacyjny „A” może wiązać się z ludzkim rakiem okrężnicy, a także być transportowany do pęcherza w celu wydalenia z moczem, podczas gdy wzór identyfikacyjny „B” powoduje, że albumina jest wychwytywana przez wątrobę, wysyłana do jelit i stamtąd wydalony.
Demonstracja zmiany tożsamości w ciele
Kluczową innowacją nowego badania było ustalenie, jak zmienić molekularny dowód identyfikacyjny albuminy po dotarciu do miejsca przeznaczenia w organizmie. Aby to osiągnąć, badacze zastosowali chemiczną metodę „kliknij, aby zwolnić”. Najpierw stworzyli albuminę-1, dołączając do albuminy wzór identyfikacyjny „A”. Następnie opracowali przewoźnika przełączającego i jego partnera. Przełącznik miał wzór identyfikacyjny „B”, a partner był przyłączony do albuminy-1.
Kiedy partner albuminy-1 spotkał się z przełącznikiem w naczyniu, nastąpiła reakcja typu „kliknij, aby zwolnić” – kliknięto identyfikatory „B” i uwolniono wiele identyfikatorów „A”. Nową albuminę nazwano albuminą-2 i stanowiła mieszankę wzorców identyfikacyjnych „A” i „B”.
Weryfikacja koncepcji i przyszłe zastosowania
W pierwszym eksperymencie weryfikującym koncepcję na ciele myszy oznaczono albuminę-1 białkiem fluorescencyjnym, a następnie wstrzyknięto ją do krwioobiegu myszy z przełącznikiem lub bez niego. Zgodnie z przewidywaniami, podczas wstrzykiwania albuminy-1 za pomocą przełącznika badacze zaobserwowali fluorescencję w jelitach, podobną do tej, którą zaobserwowali po wstrzyknięciu albuminy-2. Bez przełącznika fluorescencję obserwowano jedynie we krwi, pęcherzu i moczu.
Implikacje dla leczenia wielu chorób
Po wykazaniu, że rzeczywiście mogą zmienić tożsamość powierzchniową albuminy w organizmie, zespół następnie przetestował, czy można wysłać albuminę-1 do guza, a następnie usunąć ją przez jelita, naśladując dostarczanie i usuwanie leku. Wstrzyknęli albuminę-1 do guzów okrężnicy myszy, z przełącznikiem lub bez, po krótkim 10-minutowym opóźnieniu.
W obu przypadkach zaobserwowali albuminę przyłączającą się do komórek nowotworowych. Po wstrzyknięciu przełącznika albumina zmieniła tożsamość i duża jej część przeniosła się z guza do jelit w ciągu 5 godzin. Bez przełącznika albumina-1 nigdy nie dostałaby się do jelit.
Potencjał dostarczania leków biokompatybilnych
Biokompatybilne reakcje stosowane w nowej technologii czynią ją szczególnie atrakcyjną, a nowa technika może zrewolucjonizować leczenie wielu schorzeń.
„Naszą strategię można zastosować jako system dostarczania leku w celu wspomagania wydalania leku lub medycznego radionuklidu z guza po leczeniu” – wyjaśnia Tanaka, „w ten sposób zapobiegając długotrwałemu narażeniu, które mogłoby prowadzić do działań niepożądanych. Alternatywnie pojedynczą cząsteczkę „patrolującą” można zastosować do jednoczesnego leczenia wielu chorób – tak jak ma to miejsce w technologii przedstawionej w filmie Fantastyczna podróż.”
Odniesienie: „Chemistry-driven translokacja glikozylowanych białek u myszy” 2 października 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-51342-5
