Нано-капсулы имитируют биологические мембранные структуры

Источник: nanonewsnet.ru

Вооружившись простым оптическим микроскопом легко заметить, что основой многих биологических структур являются замкнутые образования, покрытые мембраной и заполненные жидкостью. Они построены из липидов, белков и углеводов. Действительно, клетки представляют собой не что иное как пузырьки, и многие находящиеся внутри клеток органеллы, играющие важную роль во внутриклеточном транспорте биологических молекул – так же более мелкие пузырьки.

Пытаясь понять особенности жизни клеток, а также повлиять на биохимические процессы в них, ученые уже давно применяют различные модели мембран и мембранных образований. В их числе – синтетические пузырьки – липосомы и полимерсомы, сконструированные из липидов и полимеров соответственно. Такие наночастицы активно используются в косметической и фармацевтической биотехнологии в качестве нанокапсул для доставки активных биологических молекул внутрь клеток.

Конструирование искусственных мембрано-подобных наносистем дает ученым возможность создания микрореакторов, моделирующих процессы в живых клетках. Наибольших результатов в этой области можно добиться, если использовать для конструирования природные компоненты.

В работе, опубликованной недавно в журнале Angewandte Chemie, ученые из французского Университета Бордо осуществили синтез искусственных мембранных пузырьков из гибридных молекул, в состав которых входят цепочки из сахаров (полисахариды) и фрагменты белковых структур (полипептиды). Полисахарид и полипептид химически «пришиты» друг к другу, а построенная таким образом молекула содержит ярко выраженные гидрофобный (белковый) и гидрофильный (сахарный) участки. Такие молекулы в водном растворе способны самопроизвольно организовываться в шарообразные наноструктуры.

Для создания гидрофильного сахарного фрагмента ученые использовали полисахарид декстран, состоящий из соединенных между собой остатков глюкозы. Гидрофобным фрагментом служила ?-спираль биосовместимого полипептида PBLG (поли-?-бензил-L-глутамата). Соединение этих двух фрагментов ученые провели с использованием современного синтетического подхода конъюгирования сложных органических молекул, называемого клик-химией (“click” chemistry – катализируемой реакции циклоприсоединения азидов к алкинам с региоспецифичным образованием 1,4 дизамещенных 1,2,3 – триазолов). Этот подход обеспечивает протекание реакции в мягких условиях, практически количественный выход продукта и отсутствие необходимости защиты многочисленных функциональных групп.

Таким способом ученым удалось добиться получения амфифильного сополимера (имеющего гидрофобную и гидрофильную части), молекулы которого самопроизвольно ориентируются в водном растворе с образованием полых сферических наночастиц. Это происходит благодаря высокому сродству друг к другу гидрофобных частей молекул, скрываемых между слоями гидрофильных фрагментов. Толщина таких трехслойных стенок, по результатам проведенных с помощью электронной микроскопии измерений, составляет 21 нм, а сами частицы имеют один и тот же диаметр – около 90 нм.

Описанная методика позволяет создавать различные нано-сферы, используя и другие синтетические гибридные молекулы гликопептидов, что дает возможность продвигатиться в изучении свойств многочисленных типов углеводных цепей (гликомика).

Конечно же, ученые считают, что одним из самых перспективных направлений работы с наночастицами, имитирующими мембранные образования, станет разработка нового поколения нано-капсул для транспорта в клетки лекарств, генов и других биологически активных молекул. Углеводная оболочка таких капсул своим составом напоминает поверхность клетки, и наночастицы хорошо адсорбируются на ней.

Кроме того, авторы исследования рассматривают полученные ими наноструктуры как первый серьезный шаг к химическому моделированию морфологии вирусной оболочки.