Автор AZoNano 1 октября 2020 г.

Когда наночастицы вводятся в кровоток, например, чтобы убить солидные опухоли, неизвестно, что именно с ними происходит.

Теперь, когда в журнале ACS Nano опубликованы новые результаты, ученые из Орхусского университета намерены решить этот сложный вопрос, используя эмбрионы рыбок данио в качестве новой исследовательской модели в нанотоксикологии и наномедицине.

Для направленной доставки лекарств разработан широкий спектр наночастиц, но, к сожалению, лишь некоторые из введенных наночастиц достигают целевого участка, такого как солидные опухоли. Причину такой низкой эффективности нацеливания часто считают «черным ящиком», и поэтому она не исследовалась тщательно в течение ряда лет.

Международная исследовательская группа, возглавляемая Юей Хаяши из отдела молекулярной биологии и генетики (MBG) Орхусского университета, теперь показала красоту эмбрионов рыбок данио с помощью нанобиовизуализации, которая позволяет наблюдать динамические взаимодействия между наночастицами и клетками-мишенями в живое существо.

В настоящее время, совместно с учеными из Междисциплинарного центра нанонауки (iNANO), Юя стремится разгадать необъяснимые загадки бионанологии. Первой из них является концепция биологической идентичности, которая разъясняет, как клетки обнаруживают наночастицы через «корону» окружающих белков. каждая частица.

Впервые эта концепция была продемонстрирована на живом организме с использованием эмбрионов рыбок данио, показывая, что именно происходит с наночастицами, когда они вводятся в кровь.

Друг или враг? Как биологические системы распознают наночастицы

«Что видит клетка в бионауке» – одна из первых публикаций, в которых было установлено, как белковая корона развивается вокруг наночастицы и как эта белковая корона указывает на необходимость пересмотра способа наблюдения наночастиц в биологических условиях. Благодаря тщательным исследованиям, проведенным за последние несколько лет, исследователи поняли, что два противоположных эффекта в основном играют роль в поглощении наночастиц клетками.

Как правило, протеиновая корона препятствует прямым физическим взаимодействиям поверхности наночастиц с клеточной мембраной. Но что, если белковая корона посылает сигнал, активирующий конкретное биологическое взаимодействие с рецепторами, расположенными на клеточной мембране? Это то, что клетка обнаруживает и, следовательно, придает наночастице биологическую идентичность.

В настоящее время ученые из Орхусского университета таким образом представили первое «визуальное» доказательство превосходного влияния белковой короны на удаление наночастиц из крови, что привело к неблагоприятным результатам в модели эмбриона рыбок данио.

Исследователи использовали несоответствующий по видам источник белков для формирования короны, чтобы произвести «несамостоятельную» биологическую идентичность, и проследили движение наночастиц, путешествующих через кровь к их конечной цели, то есть эндолизосомам в ячейка.

Это показало неожиданно быстрое поглощение и закисление наночастиц скавенджерными эндотелиальными клетками (функциональный аналог синусоидальных эндотелиальных клеток печени у млекопитающих) с последующей провоспалительной стимуляцией макрофагов.

Это звучит как безумная идея вводить наночастицы с белками от другого животного, но, например, наномедицины, созданные на основе биомолекул, тестируются на мышиной модели без особых опасений по поводу несовпадающей по видам комбинации .

Юя Хаяси, факультет молекулярной биологии и генетики, Орхусский университет

Хаяси продолжил: « Или некоторые умные люди очеловечивают мышь, чтобы решить проблему совместимости видов. Фактически, даже на уровне клеточной культуры наночастицы по-прежнему проходят рутинное тестирование, следуя традиции использовать сывороточные добавки, полученные от коров, зная, что взаимодействия наночастиц с белками являются ключевым фактором клеточного поглощения »

.

Что делает подобные эксперименты довольно сложными, так это максимальное сохранение исходной белковой короны в живом организме. Если предварительно сформированная корона быстро заменяется эндогенными белками крови, проверенная гипотеза становится неверной. Мы приложили немало усилий для характеристики белковой короны, чтобы гарантировать, что наночастицы сохранят несамобиологическую идентичность .

Хоссейн Мохаммад-Бейги, первый автор исследования, Орхусский университет

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

Максимальным преимуществом модели рыбок данио является их способность к многоцветной немедленной визуализации, благодаря которой многочисленные комбинации репортерных белков и индикаторов флуоресценции можно рассматривать в базовой конфигурации с высоким пространственно-временным разрешением. Это дает новый шанс, который лежит между менее реалистичными системами клеточных культур и более сложными экспериментами на грызунах, такими как прижизненная микроскопия.

Используя клеточные культуры, мы довольно много узнали о том, как клетки распознают наночастицы, а не как динамические агрегаты белков, но это никогда не было проверено в более реалистичной ситуации. С созданием модели рыбок данио мы наконец получили средства для дальнейшего изучения этого вопроса на живом организме .

Юя Хаяси, факультет молекулярной биологии и генетики, Орхусский университет

« Это был простой подход с экстремальным сценарием, проверенный на очень сложной системе, но я считаю, что теперь мы на один шаг ближе к пониманию того, что на самом деле может значить белковая корона для наночастиц. В среде, богатой белками, наночастицы могут носить маску, которая придает им биологическую идентичность, а ее не-самость может сделать их врагами. Что определяет степень не-самости? Что ж, это следующий большой вопрос, который мы должны решить », – заключил Хаяши.

Ссылка на журнал:

Mohammad-Beigi, H., и др. . (2020) Отслеживание судьбы наночастиц in vivo с «несамостоятельной» биологической идентичностью. ACS Nano . doi.org/10.1021/acsnano.0c05178.

Источник: https://mbg.au.dk/en[19459008visible