Биологи, изучающие рак, давно знают, что опухолевые клетки выделяют в кровь характерные маркеры и что обнаружение этих биомаркеров может служить ранним показателем развития рака. Хотя в поиске таких молекул и достигнут определенный прогресс, исследования в этой области в значительной степени зашли в тупик: биомаркеры присутствуют в крови в следовых количествах и замаскированы белками, концентрация которых гораздо выше, например, альбумином и антителами.

Группа ученых из Университета Джорджа Мэйсона (George Mason University) научилась «отлавливать» эти «невидимые» белки, используя пористые наночастицы. Наночастицы содержат ряд химических «приманок», каждая из которых предназначена для сбора определенного типа белковых молекул, содержащихся в биологических жидкостях организма. Более того, пойманные на эту захороненную в недрах наночастиц приманку белки защищены от разрушения до тех пор, пока они не будут выделены и проанализированы с помощью масс-спектроскопии.

Международную группу, разработавшую и протестировавшую эти наночастицы, возглавляла Алессандра Лючини (Alessandra Luchini). Исследователи опубликовали свою работу в журнале Journal of the American Chemical Society.

Состоящие из ядра и оболочки гидрогелевые наночастицы всегда рассматривались как потенциальные средства доставки белковых лекарственных препаратов, способные изолировать эти препараты от разрушающих белки ферментов крови. Такая защита помогает им достичь своих мишеней в организме пациента. Лючини и ее коллеги перевернули эту парадигму с ног на голову, решив использовать гидрогелевые наночастицы для удаления белков из крови.

Ключом к технологии является разработка набора из 17 молекул, которые ученые смогли связать с полостными структурами, существующими в гидрогелях. Такие полости достаточно велики, чтобы вместить большинство белков, но слишком малы для гигантских белковых молекул, преобладающих в крови и других биологических жидкостях. Для предотвращения попадания в наночастицу мелких фрагментов альбумина, также являющихся одним из основных компонентов крови, ученые добавили к ее внешней оболочке молекулы винилсульфоновой кислоты (vinylsulfonic кислота, VSA).

Многие биомаркеры для ранней диагностики рака и других заболеваний невидимы для масс-спектрометрии, так как присутствуют в биологических жидкостях организма в очень низких концентрациях, маскируются обилием других белков, таких как альбумин и иммуноглобулины, и очень нестабильны. Чтобы преодолеть эти барьеры, ученые создали состоящие из ядра и оболочки пористые гидрогелевые наночастицы, содержащие новые высокоаффинные молекулы красителей для сборки, концентрации и консервации белков и пептидов в жидкостях организма. (Рис. Journal of the American Chemical Society)

Что касается молекул-«приманок», то исследователи начали с нескольких красителей, которые биохимики используют в качестве связывающих белки агентов и ингибиторов белок-белковых взаимодействий в хромотографических экспериментах. Взяв за основу химическую структуру этих молекул, они создали набор красителей, которые связали со своими гидрогелевыми наночастицами. Получившиеся в результате наночастицы, смешанные с биологическими жидкостями, например, цельной кровью, мочой или потом, выдерживаются в течение 15 минут. Затем частицы собираются с помощью центрифуги, а захваченные ими белки вымываются для анализа с помощью набора буферов.

Наночастицы в 10000 раз повышают уровни белков в промывочной жидкости по сравнению с их концентрацией в крови. Это позволяет использовать масс-спектрометрию для выявления целого ряда белков, которые ранее было невозможно обнаружить никакими клинически доступными методами.

Статья

Multifunctional Core–Shell Nanoparticles: Discovery of Previously Invisible Biomarkers