Медицина
Технології
Медицина
Технології

Програмовані нанопастки з ДНК знешкодили віруси в культурі клітин

Науковці створили самозбірні наноструктури з ДНК у вигляді напівсфер, які завдяки вірусоспецифічним молекулам здатні захоплювати та знешкоджувати вірусні частинки, перешкоджаючи їхньому проникненню в клітини. Вони сподіваються, що подібний підхід допоможе розробляти нові противірусні препарати. Його ефективність наразі показана в дослідах на культурах людських клітин та вірусах двох видів, про що доступна стаття в журналі Nature Materials.

Художнє зображення напівікосаедричних нанопасток із ДНК, які захоплюють вірусні частинки (червоні) завдяки молекулам, здатним зв'язуватися з вірусами (сині). Elena-Marie Willner / DietzLab / TUM 

Художнє зображення напівікосаедричних нанопасток із ДНК, які захоплюють вірусні частинки (червоні) завдяки молекулам, здатним зв'язуватися з вірусами (сині). Elena-Marie Willner / DietzLab / TUM

Чому це актуально?

Інфекції, особливо, бактеріальні та вірусні, є одними з головних загроз, із якими стикається людство. Проти бактерій у нас є велика кількість антибіотиків як широкого, так і вузького спектра дії. Тому поки що (хоча тенденція поширення антибіотикорезистентності показує, що це дуже ненадовго) у нас є можливість ефективно боротися із великою кількістю цих патогенів. Утім, із вірусами ситуація складніша. Дієвих противірусних препаратів менше, і вони високоспецифічні, тобто можуть знешкоджувати лише певний тип вірусів. Щоб могти давати відсіч небезпечним вірусним інфекціям, які, як уже всі впевнилися, можуть раптово виникати, потрібно розробити нові ефективні засоби, які можна підлаштувати під боротьбу з різними вірусами. Один із них запропонували дослідники Мюнхенського технічного університету та Брандейського університету.

Чим хочуть боротися науковці з вірусами?

Велика частина вірусів мають оболонку, капсид, що складений із білків у геометричну форму ікосаедра, тривимірної фігури із двадцятьма гранями. Базуючись на принципі побудови такої білкової структури, вчені кілька років тому розробили спосіб створення порожнистих фігур подібної форми та розміру, як у вірусів. Це наштовхнуло їх на думку, що утворені ними структури можна використати як пастки для захоплення справжніх вірусів, що не дасть патогенам проникнути та інфікувати клітини. Для цього їх потрібно облаштувати молекулами, які здатні зв'язуватися з вірусною поверхнею.

Тож вчені застосували розроблену ними раніше технологію для побудови з одиниць ДНК трикутних пластин, що слугуватимуть будівельним матеріалом, оскільки можуть самостійно складатися у більші фігури. Маніпулюючи формою цих трикутників, науковці можуть запрограмувати спосіб їх з'єднання, а значить — форму та розмір майбутньої фігури. Для вірусної пастки науковці зосередилися на формі неповних ікосаедрів, розміром трохи більших за віруси, усередині яких можна розмістити вірусоспецифічну «приманку». Щоб зробити фігури більш стабільними в організмі, вчені обробили їх ультрафіолетовим світлом, поліетиленгліколем та оліголізином.

Зображення порожнистих структур із ДНК, створені за допомогою кріоелектронної мікроскопії. Christian Sigl / DietzLab / TUM

Зображення порожнистих структур із ДНК, створені за допомогою кріоелектронної мікроскопії. Christian Sigl / DietzLab / TUM

Наскільки вдала ця ідея?

Дослідження показали, що в мишачій сироватці крові порожнисті нанофігури зберігають стабільність протягом щонайменше 24 годин. Відтак їх випробували на культурі людських клітин, яких намагалися інфікувати аденоасоційовані віруси та віруси гепатиту B. Додавання до культури самозбірних оригамі-фігур з ДНК допомогло успішно перешкодити інфікуванню клітин. Науковці зазначають, що оснащення цих пасток усього п'ятьма ділянками, здатними зв'язуватися з вірусом (наприклад, специфічними антитілами) може блокувати активність вірусу на 80 відсотків. Якщо додати більше таких ділянок, то можна цілком заблокувати збудника.

Надалі вчені планують перевірити свою програмовану ікосаедричну систему в роботі на живих лабораторних тваринах, і вони передбачають, що вона добре переноситиметься людським організмом також. Окрім безпосередньої боротьби з вірусами, дослідники припускають, що їхня розробка може застосовуватися і як носій антигенів у вакцинах або вектор генної терапії.