Свиной грипп, птичий, атипичная пневмония, СПИД, полиомиелит, гепатит и даже некоторые варианты рака — все эти «проклятья» человечества имеют облик микроскопических частиц — вирусов. Состоящие всего из нескольких молекул, они нередко вершат судьбы народов, и сила их в том, что вирусы неподвластны антибиотикам. Для борьбы с ними нужны принципиально новые подходы. Подступиться к этим «адским машинкам» можно, только если заблокировать работу их генетического аппарата. Но есть сложность: делать это нужно избирательно, без вреда для генов пациента.
Одно из новейших направлений лекарственных разработок — создание препаратов на основе антисмысловых олигонуклеотидов. Это короткие цепочки из нуклеотидов, полностью комплементарные РНК определенного вируса. Попав в клетку, где злодействует вирус, они связываются с соответствующими участками его РНК и мешают считыванию с них информации. Результат — прекращение синтеза белков вируса, потеря ими способности к размножению, и можно праздновать победу. Но как ввести олигонуклеотиды в клетку? Ведь эти цепочки для нее чужеродные. При контакте их с внешней мембраной включаются механизмы отторжения лекарства, а внутри клетки работают ферменты нуклеазы, которые немедленно разрезают полимер на отдельные блоки. Как обмануть иммунную систему клетки?
В новосибирском научном консорциуме, куда входят представители Института химической биологии и фундаментальной медицины, Института катализа Сибирского отделения РАН, научного центра «Вектор» и Новосибирского государственного университета, нашли такой метод. Исследователи обратили внимание на способность наночастиц из диоксида титана проникать сквозь клеточные мембраны и легкость, с которой они образуют комплексы с нуклеиновыми кислотами. Значит, эти частицы могли бы выступить в роли «локомотива» для перетаскивания олигонуклеотидных «составов» через клеточную «таможню».
Наночастицы из двуокиси титана почти не токсичны, и поэтому разрешены к применению в медицинских целях. Их легко получать в лабораторных и промышленных количествах. Осталось выяснить, смогут ли наночастицы, отягощенные олигонуклеотидами, действительно проникать внутрь клетки, если смогут, то до каких её частей доберутся: от этого зависит, достигнет ли лекарство вирусной цели.
Чтобы можно было наблюдать за перемещением наночастиц, к цепочкам из 20–30 нуклеотидов прикрепили ещё и флуоресцентную метку. Эксперименты проводили с культурами клеток, выращенных на питательной среде: на сутки их помещали в жидкость со взвесью наночастиц, потом промывали и изучали под флуоресцентным и электронным микроскопами.
Опыты увенчались успехом: комплексы из наночастиц и олигонуклеотидов успешно проникали внутрь клеток и образовали скопления в вакуолях. Если перед опытом взвесь обработать ультразвуком, и таким способом размельчить их скопления, то и в клетках сгустки будут мельче. Даже после внедрения комплексов в клетку, они не распались, благодаря чему цепочки нуклеотидов оказались защищенными от действия разрезающих ферментов.
Результаты этой работы подтвердили перспективность титановых наночастиц для транспортировки антивирусных препаратов внутрь клетки. Но не нужно ли предусмотреть необходимость их выведения обратно?
Скорее всего, взаимодействие с наночастицами не проходит для клетки без последствий, — считает руководитель проекта профессор факультета естественных наук Новосибирского государственного университета, доктор биологических наук Станислав Николаевич Загребельный. — Относительно оценки этих последствий ясности в настоящее время нет, это служит предметом дальнейших исследований. Известны различные механизмы удаления чужеродных образований из клеток. Дальнейшие исследования должны показать, какие из этих механизмов реализуются в нашем случае.
