_ Oamenii de știință învață de la omizi cum să creați capsule auto-asamblabile pentru livrarea medicamentelor

Moleculele auto-asamblate care se organizează spontan pentru a forma structuri complexe sunt comune în natură. De exemplu, stratul exterior dur al insectelor, numit cuticulă, este bogat în proteine ​​care se pot autoasambla.

Auto-asamblarea este o modalitate eficientă din punct de vedere al costurilor, durabilă din punct de vedere ecologic și rapidă de fabricare a nanostructurilor cu elemente critice. aplicații în diverse industrii, de la terapeutică până la mașini de auto-replicare.

Valoarea abilităților de auto-asamblare ale proteinelor din cuticulele omizilor din Asia (Ostrinia furnacalis), Universitatea Tehnologică Nanyang, Singapore (NTU) Singapore), oamenii de știință au creat capsule nanodimensionate care ar putea fi folosite pentru a furniza medicamente și ARN mesager (ARNm). ARNm este o moleculă care instruiește celulele să producă proteine ​​și a fost folosită în vaccinurile COVID-19.

Găsită în regiuni din China până în Australia, molia asiatică a porumbului este un dăunător agricol care distruge culturile de porumb, cu omizile producând paguba. Cuticula capului omizii o protejează și îi conferă proprietăți mecanice unice.

Cercetătorii au analizat proteinele din cuticula de la capetele omizilor asiatice de foră porumbului pentru a identifica lanțuri de aminoacizi, cunoscute sub numele de peptide. , care s-ar putea asambla în structuri ordonate în mod independent.

Au verificat proteinele pentru peptide care conțineau aceeași secvență de aminoacizi care se repetă de trei sau mai multe ori, fiecare secvență constând din cel puțin cinci aminoacizi. Datorită interacțiunilor dintre aminoacizii care se repetă, peptidele cu această proprietate vor suferi probabil auto-asamblare.

Oamenii de știință au identificat trei peptide care s-ar putea autoasambla pentru a forma nanocapsule goale din analiza lor.

Cercetarea a fost condusă de prof. conf. Yu Jing de la Școala de Știința și Inginerie a Materialelor din NTU, fostul profesor universitar distins al NTU Gao Huajian (acum profesor la Universitatea Tsinghua Xinghua), prof. Liu Tian de la Universitatea de Tehnologie Dalian și prof. Yang Qing de la Academia Chineză de Științe Agricole.

Cercetătorii solicită un brevet pentru inovația lor, pe baza constatărilor studiului lor raportate în Nature Nanotechnology în aprilie 2024.

Comparativ cu cele convenționale. metode de livrare a medicamentelor, nanocapsulele nu sunt toxice și pot livra eficient diferite medicamente cu proprietăți diferite.

Procesul de auto-asamblare este condus de diferențele de concentrații chimice, care fac ca peptidele să se unească precum cărămizile Lego și formează structuri stabile.

Oamenii de știință au creat versiuni sintetice ale peptidelor naturale auto-asamblate găsite în omizi și au dizolvat fiecare peptidă în apă. Apoi au adăugat solventul organic acetonă la soluțiile de peptide pentru a iniția auto-asamblarea.

Cercetătorii au descoperit că auto-asamblarea peptidelor are loc în două etape. În primul rând, soluția de peptidă a format picături imediat când a fost adăugată acetonă. Apoi, difuzia acetonei în picături și a apei din picături creează un gradient de concentrație la interfața picăturilor care declanșează peptidele să se asambleze în structuri asemănătoare foilor numite foi beta, formând în cele din urmă nanocapsule goale sferice. Întregul proces are loc în decurs de 10 minute de la amestecarea inițială.

Oamenii de știință ar putea, de asemenea, să ajusteze dimensiunea nanocapsulelor prin ajustarea raportului dintre peptide și izoforon diizocianat. Acest compus leagă peptidele între ele pentru a stabiliza nanocapsulele.

„După cunoștințele noastre, aceasta este prima dată când nanocapsulele de peptide au fost create fără șabloane, deschizând calea pentru un sistem personalizabil de livrare a medicamentelor, ", a spus conf. univ. Yu.

„Nanocapsulele noastre de peptide deschid ușa către diferite aplicații biomedicale potențiale, cum ar fi administrarea de medicamente și terapia genică.”

Un sistem versatil de livrare a medicamentelor

Cercetătorii a demonstrat că nanocapsulele ar putea fi folosite pentru a capta și a livra „marfă”, cum ar fi medicamentele pentru chimioterapie și anticorpii. Prin modificarea lanțurilor peptidice, aceștia ar putea folosi și nanocapsulele pentru a furniza ARNm.

Nanocapsulele care conțineau medicamente și ARNm nu au fost toxice și au fost preluate cu succes de o varietate de celule.

„Înțelegând comportamentul peptidelor auto-asamblate în natură, le putem proiecta pentru a furniza o mare varietate de medicamente și compuși terapeutici”, spune dr. Li Haopeng, cercetător de la Școala de Știință și Inginerie a Materialelor din NTU și primul autor al lucrării. studiul.

„Nu descoperim doar secretele auto-asamblarii, ci și le transpunem în soluții reale care ne pot aduce beneficii vieții”, spune dr. Qian Xuliang, cercetător de la Școala NTU. de Inginerie Mecanică și Aerospațială și co-primul autor al studiului.

În următorul pas, cercetătorii vor explora utilizarea tehnologiilor de inteligență artificială, cum ar fi învățarea automată, pentru a identifica automat alte peptide naturale care se auto-asambla.

(Fluierul)