Российские ученые упростили механизм сборки липидных наночастиц, что необходимо для разработки медицинских препаратов. Об этом сообщает пресс-служба РНФ.
Живые клетки заключены в оболочку — липидную мембрану, в которую встроены белки. Эта мембрана выполняет множество функций: изолирует клетку от внешней среды и поддерживает стабильность внутреннего состава, участвует в передаче сигналов, заставляет клетку делиться или мигрировать. Кроме того, именно на мембрану воздействуют множество лекарств, поскольку она расположена снаружи и соприкасается с окружающей средой. Так, ряд противораковых препаратов распознают раковые клетки именно по характерным для них белкам на оболочке. При этом при разработке лекарств мембранные белки трудно исследовать — их поверхность гидрофобна, и для правильного проявления ими своих свойств необходимо специальное липидное окружение. Поэтому в лабораториях создают искусственные аналоги мембран, куда встраивают белки-мишени. В лаборатории возможна самосборка таких систем из водного раствора, в котором помимо самих белков-мишеней присутствуют липиды, детергенты и вспомогательные органические вещества, например, фторсодержащий спирт трифторэтанол.
Сотрудники Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова и их коллеги из других университетов решили выяснить, как именно проходит самосборка этих систем в смеси воды с трифторэтанолом. В своей работе авторы экспериментально смоделировали сборку бицелл с тремя мембранными белками-рецепторами. При помощи спектроскопии они определяли, какое количество молекул белка оказывается включено в состав частиц, какого размера они получаются, а также каковы их свойства.
Прежде всего ученые выяснили, что при содержании спирта 50% и выше объединение липидов и включение белка в эти комплексы запускаются быстрее всего. Также, согласно полученным данным, для успешного сворачивания не требуется включение белка в частицы липида или детергента — оно может происходить уже тогда, когда эти компоненты просто находятся рядом в воде.
При этом в ходе работы ученые выявили проблему. Белки, даже правильно свернутые и вошедшие в состав бицеллы, в некоторых случаях самопроизвольно объединялись между собой и выпадали в осадок. Универсального способа решения этой проблемы найти не удалось, разработчикам все равно придется пробовать много разных вариантов. Однако предложенный ими подход позволил сократить чисто вариантов пропорций компонентов, которые необходимо перебрать. Теперь достаточно проверить всего две или три концентрации, при которых возникают принципиально разные состояния компонент смеси. Так, при содержании воды, равном 20–30%, белок в основном находится в растворе, но уже начинает взаимодействовать с липидами; при 50% воды белок включается в липидные объединения, а детергент остается в растворе. При 70–80% воды детергент попадает в липидно-белковые системы и может поменять структуру белка, но это происходит достаточно редко.
Авторы надеются, что их выводы помогут другим ученым быстрее и проще создавать модели клеточных мембран для разработки лекарств.