Последняя работа ученых из США выявила, что нанозвезды из золота, «нагруженные» большим количеством аптамеров ДНК, гораздо лучше убивают раковые клетки, нежели нанозвезды, несущие лишь небольшое число этих терапевтических олигонуклеотидов. Это новое открытие означает, что наночастицы можно превратить в более эффективные противоопухолевые агенты, просто используя предложенный учеными способ их загрузки большим количеством биомолекул.

«Классический» наноматериал для биологического применения (так называемая наноконструкция) обычно содержит в себе твердое ядро (наночастицу) и мягкую оболочку, состоящую из биомолекулярных лигандов. До сих пор, однако, большинство исследователей сосредотачивали свое внимание в основном на сферических золотых наночастицах в роли ядра, поскольку они могут легко функционализироваться при помощи лигандов, содержащих такие группы, как тиолы, фосфины или амины.

«Загрузка» полезных веществ на наночастицу обычно выполняется посредством самосборки тиолированных биомолекул (олигонуклеотидов, антител или пептидов). При этом оказывается,

наноконструкции, содержащие большое количество биомолекул, как правило, намного эффективнее обеспечивают лечение опухолей, чем свободные биомолекулы. К примеру, разработанные ранее нанозвезды из золота с аптамерами ДНК в пробирке демонстрируют на 20% более эффективное уничтожение широкого спектра раковых клеток, по сравнению со свободными аптамерами (даже если концентрация свободных биомолекул в 10 раз превышает их концентрацию в сочетании с наночастицами золота).

Проблема методики заключается в том, что обычно для создания оболочки из биомолекул вокруг золотой наночастицы с использованием стандартной техники самосборки требуется раствор с довольно высокой концентрацией этих молекул, а также длительное время (около двух дней). В рамках своей работы группа ученых из Northwestern University (США) обнаружила, что

олигонуклеотиды с так называемой вторичной структурой, т.е. ДНК-аптемеры с квадродуплексной формой (являющиеся эффективными препаратами против раковых опухолей), могут в большом количестве размещаться на поверхности золотых нанозвезд с анизотропной формой при помощи альтернативного процесса – с использованием буфера с низким pH.

При таком подходе для создания оболочки из биомолекул требуется раствор с гораздо меньшей их концентрацией (нежели при использовании классического метода). Кроме того, процесс самосборки оболочки занимает около трех часов.

А главное преимущество новой методики заключается в том, что на поверхность наночастицы она позволяет загрузить гораздо больше аптамеров: число молекул превышает показатели классического метода почти в 2,5 раза.

Как показало изучение полученных таким образом структур, наночастицы с повышенной концентрацией аптамеров гораздо быстрее и эффективнее проникают в раковые клетки. Иными словами, нанозвезда с большим числом биомолекул может убить гораздо больше раковых клеток, чем создававшиеся ранее наночастицы с низкой «полезной нагрузкой». Хотя ученые пока не знают точных механизмов, лежащих в основе этого эффекта, есть предположение, что высокая концентрация аптамеров приводит к более высокому количеству нуклеолина, который и обеспечивает гибель клетки.

Команда ученых опробовала свои модифицированные наноструктуры на клетках рака поджелудочной железы и фибросаркомы, т.к. это опухоли, представляющие собой две различные подкатегории рака, трудно поддающегося лечению традиционными методами.

В ближайшее время ученые планируют заняться улучшением терапевтических свойств биомолекул, переносимых при помощи нанозвезд, контролируя pH раствора, используемого в процессе самосборки. Кроме того, они хотят проверить возможность добавления двух и более олигонуклеотидов на одну и ту же наночастицу. Одновременно с этим наноконструкции будут оптимизироваться для применения в естественных условиях, в частности, в рамках экспериментов на животных.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.