Химические нанотехнологии: разработка лекарств, контролируемых светом

Сотрудничество между химиками, физиками и биотехнологами из различных институтов Каталонии, возглавляемое Пау Горостизой (Pau Gorostiza) и Эрнестом Джиральтом (Ernest Giralt), привело к прорыву, который послужит разработке регулируемых светом терапевтических молекул. 

Лаборатория дизайна, синтеза и строения белков и пептидов, возглавляемая доктором Джиральтом, синтезировала два пептида (протеины), которые способны менять свою форму под влиянием света, тем самым позволяя или запрещая специфическое взаимодействие вида протеин-протеин.

Связь этих двух протеинов необходима для эндоцитоза, процесса, посредством которого молекулы проникают через мембраны клеток. В работе над моделью светочувствительных пептидов, длившейся четыре года, приняли участие также Лора Невола (Laura Nevola) и Андрес Мартин-Куирос (Andrés Martín-Quirós). 

«Светочувствительные пептиды действуют как своеобразный светофор, давая зелёный или красный свет эндоцитозу клетки. Они представляют собой мощный инструмент клеточной биологии. Эти молекулы дали возможность использовать сфокусированный свет для контроля за биологическими процессами и их изучения».

«Учёные подчёркивают возможность немедленного использования этих молекул в процессе исследований, например, эндоцитоза в раковых клетках (где этот процесс неуправляем) в лабораторных условиях, что может позволить селективное подавление распространения этих клеток. Также может появиться возможность изучения биологии развития, где клеткам необходим эндоцитоз для изменения их формы и функций.

В этом смысле светочувствительны пептиды сделают возможной манипуляцию комплексным развитием многоклеточных организмов применением различных шаблонов светового воздействия. «В свете полученных результатов, мы ведём сейчас работу в направлении создания «светопереключаемых» ингибиторных пептидов, которые могут использоваться для манипулирования другими взаимодействиями вида протеин-протеин внутри клетки».
Развитие оптофармакологии или регулируемые светом терапевтические молекулы
«Данный прорыв даст возможность создать такой же тип пептидов для медико-химических применений». Доктор Горостиза предложил идею манипулирования биологическими и фармакологическими процессами посредством света, после пяти лет работы в данной области в Университете Калифорнии. «Самое реальное в настоящее время использование подобных методов заключается в терапевтическом лечении болезней, затрагивающих поверхностные ткани – кожу, сетчатку и внешние слизистые оболочки.

Модификация биологических процессов светом приведёт к разработке инструментов биологии и медицины и открытию новых областей исследовательской деятельности, как оптофармакология и оптогенетика. Комбинация лекарств и внешних приборов контроля освещения внесёт вклад в развитие персонализированной медицины, в которой лечение адаптируется к каждому конкретному пациенту, ограничивая время терапии и снижая побочные эффекты.
Усовершенствования лазеров и химических технологий
При работе над светочувствительными препаратами предстоит найти способы усиления фотохимической чувствительности компонентов и метод их стимулирования в видимом спектре излучения. «Длительное воздействие ультрафиолетовыми лучами токсично для клеток, а также имеет ограниченную способность проникновения через ткани».

Необходимо усовершенствовать процесс фотопреобразования компонентов и их стабильность в темноте, чтобы при необходимости, при снятии светового воздействия, они быстро переходили в «спокойное состояние», или могли надолго запоминать полученное световое воздействие после его снятия».

В работе принял также участие Барселонский Институт Передовой Цифровой Микроскопии, разработавший специальную программу для количественной и качественной оценки воздействия пептидов на клетки в режиме реального времени.

medbe.ru