биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Пластиковые антитела

[1 июля, 2010 г.]

Антителá, служащие одним из главных «посланников» иммунитета, отличаются высочайшей избирательностью и эффективностью действия, прицельно синтезируясь в организме в ответ на появление потенциально опасных антигенов практически любой химической или биологической природы. Фантастическая гибкость антител давно используется человеком в своих целях, однако их стабильность вне организма оставляет желать много лучшего, а значит, и для хранения они пригодны плохо; кроме того, антитела дóроги. Современная синтетическая химия на стыке с науками о материалах изобрела молекулярный импринтинг, позволяющий полимеризовать довольно простую органику в «умные» полимеры, «натасканные» на определённые молекулы. Теперь же показано, что внутри организма наночастицы из такого «пластика» могут работать подобно настоящим антителам.

— Еда есть?
 — Каша...
 — Какая?
 — Пластиковая...

(Сцена из к/ф «Кин-дза-дза!»)

Согласно клональной теории специфического иммунитета, лимфоциты синтезируют астрономическое количество антител (каждый — своё!), различающихся своей вариабельной частью. При первом контакте с антигеном лимфоцит, содержащий «подходящее» антитело, пролиферирует, давая начало клону плазматических клеток, вырабатывающих нужное антитело в количестве, необходимом для эффективного иммунного ответа.

Люди до какой-то степени научились использовать антитела в своих целях, разработав технологию гибридóм для получения моноклональных антител (за это в 1984 году была вручена Нобелевская премия по биологии), однако этот способ дорог и не очень эффективен из-за низкой стабильности антител вне организма. В этой связи антитела сложно хранить и дорого производить, — что хорошо заметно по лекарствам, название которых заканчивается на -маб (от mab — monoclonal antibody), — в основном, против от разных форм рака и аутоиммунных заболеваний.

Учитывая то, что специфичность действия антител определяется пространственной и физико-химической комплементарностью молекул антитела и антигена, теоретически ничто не мешает создавать синтетические аналоги антител, не прибегая к помощи лимфоцитов. В современной синтетической химии на стыке с науками о материалах и нанотехнологическими дисциплинами известен метод молекулярного импринтинга (или метод молекулярных отпечатков), когда полимеризация на основе простых органических мономеров происходит в присутствии молекул-«шаблонов», оставляющих свои «отпечатки» в итоговом полимере. Если потом «шаблон» отмыть от полимера, «импринтированное» вещество практически ничем не будет отличаться от «смолы», заполимеризовавшейся без «шаблона». За одним важным исключением: импринтированный полимер становится «натасканным» на специфическое распознавание молекулы-«шаблона», и впоследствии он может связывать её аналогично антителам. (Правда, антитела — это отдельные молекулы, а импринтированные полимеры обычно — что-то вроде смолы, резины или пластика.)

Японские учёные (некоторые из которых работают в США) предприняли попытку создать искусственное антитело на основе импринтированных полимеров и заставить его работать внутри живого организма [1]. Для введения в кровь был разработан подходящий «форм-фактор» — импринтированные наночастицы. Эти наночастицы «натренировали» на распознавание небольшого пептида мелиттина — основного компонента пчелиного яда, имеющего цитолитическую активность и вызывающего в достаточной концентрации смерть у небольших животных. Схема процедуры молекулярного импринтинга, включавшего несколько «поколений» наночастиц с постепенно улучшаемыми параметрами, показана на рисунке.

Импринтированные полимерные наночастицы («пластиковые антитела»). А. Аминокислотная последовательность пептида-«шаблона» — мелиттина (основного компонента пчелиного яда). Б. Мономеры, использованные для полимеризации. В. Схема создания импринтированных наночастиц: присутствующий во время полимеризации мелиттин «запечатывается» в наночастицы; после «отмывания» шаблона эти частицы содержат полости, по форме и физико-химическим свойствам комплементарные целевой молекуле («молекулярные отпечатки»). Г. Атомная силовая микроскопия импринтированных наночастиц. На врезке показан высотный профиль вдоль голубой линии.

Полученные «пластиковые» антитела исследовали на предмет токсичности, и не обнаружили следов наличия таковой. А по специфичности и аффинности действия они оказались не хуже естественных антител. Однако прежде чем окончательно делать такие выводы, необходимо было проверить всё на животных, поскольку наночастицы в крови могут существенно менять свои свойства, покрываясь «короной» из белков плазмы крови [2], или вообще разрушаться клетками специфического иммунитета.

Подопытным мышам вводили смертельную дозу мелиттина (после инъекции 4.5 мг/кг веса 100% животных погибало менее чем через час) — это была «контрольная» группа. Другой группе сразу после инъекции пчелиного токсина вводили «пластиковую сыворотку» — импринтированные антитела, «настроенные» на меллитин. Ещё одной группе мышей делали инъекции аналогичных по размеру и составу наночастиц, но не прошедших стадию молекулярного импринтинга. «Пластиковые» антитела существенно увеличили выживаемость — более 50% животных выжило. (Не погибла часть мышей и в группе, обработанной не импринтированными наночастицами, однако эффект был много ниже уровня статистической значимости.)

Все результаты говорят в пользу того, что искусственные «пластиковые» антитела действуют подобно настоящим, а их накопление и разрушение вместе с захваченным антигеном происходит в печени. Пока что это первая такая работа, но не за горами, видимо, и более прогрессивные приложения метода молекулярного импринтинга, направленные против более опасных токсинов, неиллюзорно угрожающих здоровью людей.

«Никогда ранее синтетические антитела ещё не доказывали свою эффективность прямо в кровяном русле живых животных. Биологические жидкости кишат конкурирующими молекулами — такими как белки и пептиды, — осложняющими дизайн наночастиц», — сказал Кеннет Ши (Kenneth Shea), ведущий автор исследования. — «Однако успех этого эксперимента однозначно говорит о том, что эти трудности вполне можно преодолеть, и что продемонстрированная нами технология может использоваться для создания „пластиковых антител“ на основе наночастиц, пригодных для борьбы с опасными токсинами и патогенами» [3].

Литература


  1. Hoshino Y., Koide H., Urakami T., Kanazawa H., Kodama T., Oku N., Shea K.J. (2010). Recognition, neutralization, and clearance of target peptides in the bloodstream of living mice by molecularly imprinted polymer nanoparticles: a plastic antibody. J. Am. Chem. Soc. 132, 6644–6655;
  2. биомолекула: «Невидимая граница: где сталкиваются „нано“ и „био“»;
  3. ScienceDaily: «World’s First Plastic Antibodies in Live Organisms: Stop Spread of Bee Venom in Mice».

Автор: Чугунов Антон.

Число просмотров: 570.

Вернуться в раздел «Новости»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Re: Пластиковые антитела

Златоуцкий Евгений — 11 октября, 2010 г. 03:04. (ссылка)

Классная статья, спасибо.

(ответить)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.