Российские ученые разработали "умный" наноматериал для лечения рака

МОСКВА, 4 фев — РИА Новости. Российские ученые разработали уникальный сверхчувствительный наноматериал для ДНК-диагностики и направленной доставки лекарств. Описание приведено в журнале ACS Nano.

Российские ученые из Московского физико-технического института совместно с коллегами из Института общей физики РАН представили уникальный по своим свойствам "умный" наноматериал, который может быть использован как для экспресс-ДНК-анализа, так и для создания нового поколения средств лечения рака и других сложных заболеваний.

Слабым звеном диагностики и терапии таких заболеваний на сегодняшний день является адресная доставка лекарств к пораженным клеткам. В идеале "умные" частицы, транспортирующие лекарства, должны сами находить, распознавать и лечить болезнь. Для этого они должны отличать пораженную болезнью (например, раком) клетку от здоровой. Это можно сделать по различным соединениям (маркерам) на ее поверхности или в микроокружении — продуктам жизнедеятельности или сигналам, передаваемым другим клеткам организма.

Однако почти всегда маркеры больной клетки есть и на здоровых, только в меньшем количестве. Именно поэтому существующие системы адресной доставки несовершенны.Для увеличения специфичности доставки лекарств необходимы "умные" материалы, способные анализировать сразу несколько параметров своего окружения и более точно находить мишень.

"Общепринятые способы доставки лекарств напоминают письмо с указанием города и улицы, но без номера дома и квартиры. Для эффективной доставки нужно уметь анализировать больше параметров", — приводятся в пресс-релизе слова руководителя исследования,заведующего лабораторией нанобиотехнологий МФТИ Максима Никитина.

В 2014 году Максим Никитин с коллегами создали "умные" частицы — автономные нанокомпьютеры, способные производить логические вычисления с помощью биохимических реакций и намного лучше идентифицировать мишень за счет анализа многих ее параметров. Главным недостатком таких материалов оставалась низкая чувствительность к маркерам заболеваний.

В нынешней работе российским ученым удалось сделать прорыв. Они разработали "умный" материал, который обладает сверхчувствительностью к ДНК-сигналам, не просто на несколько порядков превышающей чувствительность всех остальных материалов, но и лучшей, чем абсолютное большинство существующих экспресс-ДНК-тестов. Добиться этого выдающегося результата исследователям помог обнаруженный ими феномен необычного поведения ДНК-молекул на поверхности наночастиц.

© Владимир Черкасов и др., 2020 / МФТИ

Рис. 2. Активация рецептора на поверхности наночастиц при добавлении комплементарной нити ДНК

В опубликованной статье авторы продемонстрировали агенты, способные без амплификации ДНК и/или сигнала детектировать ДНК в концентрации вплоть до 30 фемтомоль в литре.

"Такая чувствительность была продемонстрирована в крайне простом в использовании иммунохроматографическом анализе, известном в формате теста на беременность, — говорит Елизавета Мочалова, один из авторов исследования. — Подобные тесты могут быть проведены без использования чистых лабораторных помещений и сложного оборудования, как правило необходимых для существующих технологий ДНК-анализа. Эта технология подходит для быстрого скрининга инфекционных заболеваний, домашнего анализа пищевых продуктов и тому подобного".

Кроме того, авторы показали применимость технологии для создания умных наноагентов для распознавание раковых клеток в зависимости от содержания малых ДНК и РНК в их микроокружении. Хотя еще совсем недавно считалось, что малые нуклеиновые кислоты — это лишь фрагменты больших функциональных молекул, сейчас стало понятно, что малые РНК являются ключевыми регуляторами многих процессов в живых клетках. В настоящее время идет активная идентификация подобных РНК, являющихся маркерами заболеваний.

"Интересно, что чем меньше длина детектируемых нуклеиновых кислот, тем меньше у данной технологии конкурентов. Вплоть до того, что на данный момент не существует агентов, которые способны были бы детектировать последовательности 6–9 оснований с подобной чувствительностью. Мы уже сейчас можем создавать агенты, управляемые хорошо изученными малыми РНК (длиной 17–25 оснований). Наш метод позволяет впервые прозондировать микроокружение клеток и понять, являются ли малые РНК меньшей длины полезными индикаторами заболеваний или “мусором”, как до сих пор все еще считается из-за сложностей их детекции", — объясняет Максим Никитин.

Разработанная технология открывает новые перспективы в области геномных технологий, как с точки зрения экспресс-ДНК-диагностики вне лабораторных условий, так и для создания терапевтических наноматериалов нового поколения.

Исследователи планируют продолжить развитие данной технологии, в том числе в рамках недавно созданного Центра геномных технологий и биоинформатики МФТИ.