Ученые из Больницы Маклина (McLean Hospital) – клиники Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School) – представили новый тип «зеленых» наночастиц из белка, естественно присутствующего в организме. Такие частицы способны неинвазивно пересекать гематоэнцефалический барьер и транспортировать в мозг различные типы химических веществ.

Белок клатрин широко распространен в клетках человека, животных, растений, бактерий и грибов. В статье, опубликованной он-лайн в журнале PLoS ONE, Джордана Виталиано (Gordana Vitaliano), MD, директор нанотехнологического отделения центра медицинской визуализации больницы Маклина (McLean Hospital Imaging Center), сообщает, что клатрин может быть модифицирован и использован в качестве наночастиц для исследований, проводимых на живом организме.

«Клатрин никогда не модифицировался для использования in vivo и предлагает множество новых и интересных возможностей для доставки в мозг лекарств и контрастных агентов для медицинской визуализации», – поясняет доктор Виталиано.

В организме клатрин является основным средством, ответственным за доставку в клетки различных типов молекул. И, по мнению доктора Виталиано, эта естественная способность белка к транспортировке внутриклеточных грузов может быть успешно использована в практической медицине для доставки лекарственных препаратов и медицинской визуализации.

Три молекулы клатрина ассоциированы друг с другом на C-терминальном конце таким образом, что тример клатрина имеет форму трискелиона (A).
При определенных условиях трискелионы способны к спонтанной агрегации. В результате полимеризации клатрин формирует замкнутую трёхмерную сеть –
полигедральную латексную структуру. (В). (plosone.org)

Доктор Виталиано функционализировала наночастицы клатрина, присоединив к ним различные флуоресцентные метки, традиционно используемые в области визуализации.

«Наша работа представляет использование биоинженерного белка клатрина в качестве новой наноплатформы, способной проходить через гематоэнцефалический барьер», – продолжает ученый «Нам удалось показать, что клатриновые наночастицы могут быть неинвазивно доставлены в центральную нервную систему (ЦНС) животных».

Функционализированные контрастным агентом на основе гадолиния трискелион клатрина (А) и клатриновая оболочка (В). (plosone.org)

С точки зрения будущего клинического применения особенно важно то, что клатрин, в отличие от других наночастиц, проходит через гематоэнцефалический барьер без каких-либо «усилителей» или модификаций. Это открывает широкие перспективы для его использования как в области изучения ЦНС, так и в качестве медицинского инструмента.

Одним из важных медицинских приложений для наночастиц клатрина может стать магнитно-резонансная томография (МРТ). Для улучшения качества получаемых с помощью этого метода изображений часто используются контрастные вещества, в частности, гадолиний. Доктор Виталиано доказала, что в одном из вариантов сочетания клатрина с гадолинием функционализированные клатриновые наночастицы выполняют эту функцию в 8000 раз лучше, чем одобренный FDA контрастный агент гадопентетата димеглумин (gadopentetate dimeglumine).

Иначе говоря, для получение высококачественных МРТ-сканов теперь потребуется в 8000 раз меньше гадолиния, и, так как гадолиний токсичен для организма, значимость этого трудно переоценить. Таким образом, транспортируемый клатрином гадолиний сегодня можно рассматривать как один из самых мощных биосовместимых контрастных агентов.

Через 90 минут после (А) интраназального (IN) и (В) интраперитониального (IP) введения функционализированные клатрированые трискелионы (зеленые)
обнаруживаются во всех областях переднего мозга, включая полосатое тело, крыс. Аналогично, через 90 минут после (С) интраназального (IN)
и (D) внутривенного (IV) введения крысам в стриатуме обнаруживаются клатриновые оболочки, помеченные родамином-ПЭГ.
На изображениях (E) и (F) в полосатом теле контрольных животных (С) не наблюдается никаких флуоресцирующих структур. (plosone.org)

Очищенные клатриновые наночастицы могут стать привлекательной альтернативой другим медицинским наноплатформам, таким как дендримеры, наногели, твердые липидные наносферы, липосомы и др.

Как считает сама доктор Виталиано, учитывая острую потребность в новых возможностях доставки лекарственных препаратов в ЦНС, ее работа, вероятно, будет представлять интерес для ученых, занимающихся нейровизуализацией и неврологией, а также рентгенологов, биоинженеров, химиков, физиков, специалистов в области материаловедения, биомедицины и других исследователей, работа которых так или иначе связана с визуализацией и доставкой лекарств.

Заглядывая в будущее, она отмечает, что клатриновые наночастицы могут способствовать и изучению молекулярных сигнальных путей, вовлеченных в развитие различных заболеваний, полностью или частично зависящих от клатринового транспорта, и таким образом окажут существенное влияние на развитии многих областей биомедицины.

Аннотация к статье

New Clathrin-Based Nanoplatforms for Magnetic Resonance Imaging