Cílené doručování léčiv je předmětem zájmu vědců z celého světa. K této problematice nyní výrazně přispěli i vědci z Laboratoře biofyziky pod vedením Olega Lunova. Ti se zabývali biologickými vlastnostmi a účinností transportu látek do buněk s pomocí DNA nanostruktur (DN). Uměle vytvořenou strukturu DNA při tom využili jakožto nosič sloužící k transportu látek do buněk a zkoumali, jaký vliv má na tento proces proteinový obal. Metoda produkce DN je mezi vědci již známa, nikdo se zatím ale nezabýval vlivy proteinového obalu na chování DN v buňkách. Výsledky studie publikoval časopis ACS Applied Materials and Interfaces.
Ve spolupráci s výzkumníky z laboratoře prof. Nicholase Stephanopoulose z Arizonské státní univerzity v USA, kteří pro tým českých vědců DN vytvářeli, ukázali, že při vystavení DN biologickým kapalinám dojde k jejich pokrytí proteinovým obalem. Ten ale výrazně snižuje schopnost DN pokryté peptidem zprostředkujícím endozomální únik dostat se ven z endozomálního váčku a transportovat svůj obsah dále do buňky či těla.
„Abychom uspěli v biomedicínských aplikacích, je klíčové porozumět interakcím mezi DN a živými buňkami. Navzdory intenzivnímu výzkumu nejsou interakce mezi upravenými nanostrukturami DNA a živými buňkami stále dobře definovány. Možnosti jejich využití jsou přitom široké a lze je uplatnit v celé řadě oborů biomedicíny. Náš výzkum si klade za cíl je lépe prozkoumat a popsat jejich mechanismus na molekulární úrovni,“ řekl Oleg Lunov.
Schematické zobrazení studie
Studie prokázala, že modifikace DN vrstvou peptidu aureinu 1.2 může usnadnit únik z endozomů. Právě zlepšení endozomálního úniku nanomateriálů představuje klíčovou výzvu pro oblast výzkumu cíleného doručování.
Z výsledků výzkumu tedy mimo jiné vyplývá, že pro využití tohoto systému k transportu látek do buněk (například pro již zmíněné doručování léčiv) je nutné celý proces ještě dále optimalizovat. Tato výzva je předmětem dalších studií.
Podrobné zobrazení živých buněk bylo možné díky novému ultrarychlému zobrazovacímu systému se superrozlišením IXplore SpinSR10 Olympus, který Fyzikální ústav vlastní. Pomocí tohoto systému vědci také odhalili, že to, jak účinně buňky pohlcují DN, se výrazně liší mezi různými buněčnými liniemi, dokonce i mezi fenotypicky příbuznými buňkami, a je závislé na jejich velikosti.
„Naše studie slouží jako základ pro optimalizaci DN jako systému pro doručování v různých biomedicínských aplikacích,“ řekl Alexandr Dejneka, vedoucí Sekce optiky a Oddělení optických a biofyzikálních systémů.
Our study serves as a basis for optimizing the DN as a targeted delivery system for different biomedical applications.
Strukturální nanotechnologie založená na DNA je novým směrem, kterým se zkoumání nanočástic a jejich využití v medicíně ubírá. Tato technologie umožňuje vytváření oligonukleotidových nanostruktur s přísně kontrolovanou velikostí, tvarem a povrchovou funkčností, které jsou velmi žádané v biomedicínských aplikacích (např. biologické snímání, zobrazování, podávání léčiv a buněčné inženýrství).
Literatura:
Barbora Smolková, Tara MacCulloch, Tyler F Rockwood, Minghui Liu, Skylar J W Henry, Adam Frtús, Mariia Uzhytchak, Mariia Lunova, Martin Hof, Piotr Jurkiewicz, Alexandr Dejneka, Nicholas Stephanopoulos, Oleg Lunov. Protein Corona Inhibits Endosomal Escape of Functionalized DNA Nanostructures in Living Cells. ACS Appl Mater Interfaces. 2021