Для воздействия на сигнальные пути и управления клеточными функциями, в том числе для определения судьбы стволовых клеток может быть использовано внутриклеточное высвобождение специфических белков и пептидов.

Американские ученые из Rensselaer Polytechnic Institute разработали метод высвобождения белков, прикрепленных к гидрофобномодифицированным кремниевым наночастицам, для управления клеточными сигнальными белками.

Был создан химерный белок GFP-FRATtide, в котором GFP (зеленый флуоресцентный белок) использовался как маркер для флуоресцентной детекции, а FRATtide связывался с активным сайтом киназы гликогенсинтазы (glycogen synthase kinase-3β, GSK-3β) – белка, участвующего в сигнальном пути Wnt – и блокировал его.

Несущие химерный белок кремниевые наночастицы эффективно проникали, предположительно, путем пиноцитоза, в цитозоль различных клеток – человеческих эмбриональных клеток почек и крысиных нервных стволовых клеток. Высвобождение химерного белка в результате подавления GSK-3β влияло на сигнальный каскад Wnt, что приводило к росту концентрации β-катенина. Накоплание β-катенина приводило к усиленной транскрипции Wnt-таргетных генов, таких, как c-MYC, что заставляло клетку активно пролиферировать и оставаться в недифференцированном состоянии.

Таким образом, полученные результаты демонстрируют возможность внутриклеточного высвобождения функциональных белков in vitro при помощи наночастиц и использования их в качестве сигнальных белков, регулирующих клеточные сигнальные пути.

По мнению доктора П.И. Катуняна, главного врача московского Центра медико-биологических технологий, такая возможность открывает широкие перспективы для изучения клеточных сигнальных путей in vitro, позволяя включать/выключать определенные функции.

Кроме того, предложенный метод может быть использован для внутриклеточного высвобождения нужных веществ in vivo, например, для управления судьбой стволовых клеток при клеточной терапии.

Материалы исследования представлены в статье:

Shah DA, Kwon SJ, Bale SS, Banerjee A, Dordick JS, Kane RS Regulation of stem cell signaling by nanoparticle-mediated intracellular protein delivery. – Biomaterials. – 2011. – Apr;32(12):3210–9; Epub 2011 Feb 5.