Автор AZoNano 1 октября 2020 г.

Различные наночастицы предназначены для адресной доставки лекарств, но, к сожалению, только очень небольшая часть введенных наночастиц достигает целевого участка, такого как солидные опухоли. Причину низкой эффективности прицеливания часто считают «черным ящиком», и поэтому она мало исследовалась в течение многих лет.

Недавно международная исследовательская группа под руководством Юя Хаяши из Департамента молекулярной биологии и генетики (MBG) Орхусского университета продемонстрировала красоту эмбрионов рыбок данио с помощью нанобиовизуализации, которая может визуализировать динамические взаимодействия между наночастицами и интересующими клетками. живой организм (см. другую статью «Рыбки данио позволяют увидеть биологическую судьбу наночастиц in vivo» ).

Теперь, объединившись с исследователями из Междисциплинарного центра нанонауки (iNANO), Юя пытается разгадать неразгаданные тайны бионанауки – первой в очереди является концепция биологической идентичности, которая объясняет, как клетки распознают наночастицы через «корону» белков, которая окружают каждую частицу. Эта концепция была впервые доказана на живом организме с использованием эмбрионов рыбок данио, раскрывающих, что происходит с наночастицами, введенными в кровь.

Друг или враг – Как биологические системы распознают наночастицы

«Что видит клетка в бионанауке» – одна из первых публикаций, в которых определено, как белковая корона формируется вокруг наночастицы и как такая белковая корона подразумевает необходимость переосмысления нашего внешнего вида. на наночастицах в биологической среде. Благодаря обширным исследованиям за последнее десятилетие мы теперь понимаем, что два противоположных эффекта в основном способствуют поглощению наночастиц клетками. В общем, белковая корона предотвращает прямые физические взаимодействия поверхности наночастиц с клеточной мембраной. Однако что, если белковая корона представляет собой сигнал, запускающий конкретное биологическое взаимодействие с рецепторами, размещенными на клеточной мембране – это то, что клетка видит и, таким образом, придает биологическую идентичность наночастице.

Таким образом, исследователи из Орхусского университета представили первые «визуальные» доказательства поразительного вклада белковой короны в удаление наночастиц из крови, что повлекло за собой неблагоприятные исходы в модели эмбриона рыбок данио. Исследовательская группа использовала несоответствующий по видам источник белков для формирования короны, чтобы создать «несамостоятельную» биологическую идентичность, и проследила путь наночастиц, путешествующих через кровь, к их конечному пункту назначения – эндолизосомам в клетке. Это выявило удивительно быстрое поглощение и подкисление наночастиц скавенджерными эндотелиальными клетками (функционально эквивалентными синусоидальным эндотелиальным клеткам печени у млекопитающих) с последующей провоспалительной активацией макрофагов (см. Фильм, представленный на веб-странице группы Yuya).

«Это звучит как безумная идея вводить наночастицы с белками от другого животного», говорит Юя, «но, например, наномедицины, созданные на основе биомолекул, без особого беспокойства испытываются на мышиной модели. для несоответствующей вида комбинации. Или некоторые умные люди гуманизируют мышь, чтобы решить проблему совместимости видов. На самом деле, даже на уровне клеточной культуры наночастицы все еще рутинно тестируются, следуя традиции использовать сывороточные добавки, полученные от коров, зная что взаимодействия наночастиц и белков являются ключевым фактором поглощения клетками »

«Что делает этот вид экспериментов довольно сложным, – добавляет первый автор Хоссейн Мохаммад-Бейги, -« максимальное сохранение исходной белковой короны в живом организме ». сформированная корона быстро обменивается эндогенными белками крови, проверенная гипотеза становится неверной. Мы приложили немало усилий, чтобы охарактеризовать белковую корону, чтобы гарантировать, что наночастицы сохраняют несамобиологическую идентичность ».

Видеть значит верить – модель рыбок данио может предложить то, чего не могут предложить модели грызунов

Самым большим преимуществом модели рыбок данио является их способность к многоцветной визуализации в реальном времени, благодаря которой несколько комбинаций индикаторов флуоресценции и репортерных белков могут быть отображены в простой установке с высоким пространственно-временным разрешением. Это дает новую возможность, которая лежит между менее реалистичными системами клеточных культур и более сложными экспериментами на грызунах, такими как прижизненная микроскопия.

«Используя клеточные культуры, мы узнали довольно много о том, как клетки распознают наночастицы, а не как динамические агрегаты белков, но это никогда не было проверено в более реалистичной ситуации», – объясняет Юя. «С созданием модели рыбок данио мы, наконец, получили средства для дальнейшего изучения этого вопроса в живом организме. Это был простой подход с экстремальным сценарием, проверенный в очень сложной системе, но я считаю, что теперь мы едины. шаг ближе к пониманию того, что белковая корона действительно может означать для наночастиц. В среде, богатой белками, наночастицы могут носить маску, которая придает им биологическую идентичность, а ее отсутствие самости может сделать их врагами. Что определяет степень не-самость – Что ж, это следующий большой вопрос, который мы должны решить ».

Исследование проводится при поддержке лаборатории рыбок данио, возглавляемой доктором Каспером Кьер-Соренсеном и профессором Клаусом Оксвигом на факультете молекулярной биологии и генетики Орхусского университета. Проект финансируется Фондом Лундбека и Фондом независимых исследований Дания | Исследовательский совет по технологиям и производственным наукам (IRFD | FTP).

Две статьи были недавно опубликованы в ACS Nano широко известном журнале по нанонауке:

«Отслеживание судьбы наночастиц in vivo с несамостоятельной биологической идентичностью» Хоссейна Мохаммад-Бейги, Карстена Скавениуса, Пиа Бомхольт Йенсен, Каспер Кьер-Соренсен, Клаус Оксвиг, Томас Боэсен, Ян Дж. Энгилд, Дункан С. Сазерленд и Юя Хаяши *.
ACS Nano 14 (2020) стр. 10666-10679. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c05178

Дифференциальная секвестрация наночастиц макрофагами и скавенджерскими эндотелиальными клетками, визуализированная in vivo в режиме реального времени и при ультраструктурном разрешении Юя Хаяши *, Масанари Такамия, Пиа Бомхольт Йенсен, Исаак Оджеа-Хименес, Хелисия Касенджер-Клодейони, Клод , Клеменс Грабхер, Томас Боэсен, Дуглас Гиллиланд, Клаус Оксвиг, Уве Стрэле и Карстен Вайс.
ACS Nano 14 (2020) стр. 1665–1681. https://doi.org/10.1021/acsnano.9b07233.

Источник: https://international.au.dk/