Znajdź zawartość

Japońsko-amerykańskiemu zespołowi naukowców udało się uzyskać plastikowe przeciwciała (ang. polymer nanoparticles, NPs), które poprawnie funkcjonowały we krwi żywej myszy. Wg nich, to duży krok w kierunku wykorzystania prostych plastikowych cząstek do zwalczania konkretnych sprawiających problemy antygenów, w tym bakterii, wirusów, pyłków, jadu pszczelego czy kurzu. W artykule opublikowanym na łamach Journal of the American Chemical Society autorzy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine i Uniwersytetu w Shizuoce wspominają o swoich wcześniejszych badaniach, w ramach których udało im się opracować metodę wytwarzania nanocząstek z polimeru organicznego (o rozmiarach 1/50.0000 średnicy ludzkiego włosa), które zachowywały się jak prawdziwe przeciwciała i reagowały z antygenem. Akademicy zastosowali melitynę – składnik toksyczny pszczelego jadu. Działa ona drażniąco w punkcie użądlenia, a z chemicznego punktu widzenia jest zasadowym polipeptydem. Wykazuje właściwości hemolizujące, blokuje przewodnictwo nerwowo-mięśniowe, a także zwiększa przepuszczalność naczyń krwionośnych. Pracując nad syntetycznymi przeciwciałami, specjaliści uciekli się do molekularnego imprintingu. Melitynę wymieszano z monomerami i zapoczątkowano reakcję kopolimeryzacji. Kiedy plastikowe drobiny uległy zestaleniu, naukowcy wypłukali z nich melitynę. W ten sposób uzyskali nanocząstki z otworami w kształcie cząsteczek toksyny. Podczas testów in vivo okazało się, że polimery wielkości naturalnych białek wykazywały porównywalne powinowactwo i selektywność jak zwykłe przeciwciała. W porównaniu do grupy kontrolnej, NPs zmniejszały śmiertelność i nasilenie peryferyjnych objawów toksycznych. Badania obrazowe pokazały, że plastik przyspieszał usuwanie polipeptydu z krwi i akumulował się w wątrobie. Stwierdzenie tego było możliwe, gdyż naukowcy oznakowali melitynę fluorescencyjnym barwnikiem Cy5, a plastik poddany imprintingowi tagowano węglem 14C lub fluoresceiną. W tym celu przeprowadzano m.in. kopolimeryzację ze wzbogacanym 14C akrylamidem. Podczas eksperymentu myszom zrobiono śmiertelny zastrzyk z melityny. Zauważono, że gryzonie, którym chwilę później podano polimerowe przeciwciała, przeżywały o wiele częściej od pozostałych zwierząt. Ze względu na biokompatybilność i nietoksyczność plastikowe przeciwciała wydają się zatem idealne do neutralizowania całej gamy biologicznych makromolekuł w żywych organizmach.

Przeciwciała to nie tylko cząsteczki kluczowe dla naszej odporności. Mają one także zastosowanie w wielu technologiach związanych m.in. z diagnostyką medyczną oraz wykrywaniem toksyn. Mimo to, niektóre ich wady znacznie utrudniają ich zastosowanie na szeroką skalę. Czy syntetyczne odpowiedniki przeciwciał rozwiążą ten problem? Na rynku dostępna jest coraz szerszy wybór testów wykorzystujących zdolność przeciwciał (immunoglobulin) do wybiórczego wiązania ściśle określonych cząsteczek. Najlepiej znanym z nich jest bez wątpienia test ciążowy. Co prawda jest on prosty w użyciu i wygodny, lecz koszt jego produkcji oraz trwałość zastosowanych odczynników pozostawiają wiele do życzenia. Obiecujący pomysł na rozwiązanie tych niedogodności prezentują naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego. Głównym autorem technologii jest prof. Kenneth Shea. Zaprezentowana przez jego zespół cząsteczka jest zdolna do silnego, lecz jednocześnie wybiórczego wiązania cząsteczek melityny - głównej toksyny jadu pszczół. Do tworzenia "sztucznego przeciwciała" użyto techniki zwanej "piętnowaniem molekularnym" (ang. molecular imprinting). Przypomina ona tworzenie odlewu rzeźby. Cząsteczka, która ma być wykrywana, jest opłaszczana warstwą molekuł przylegających do jej powierzchni. Powstaje w ten sposób unikalny wzór wgłębień i wypukłości, charakterystyczny dla danego związku. Wytworzoną powłokę utrwala się poprzez polimeryzację, czyli wzajemne połączenie cząsteczek wchodzących w jej skład, a następnie wypłukuje się wykrywaną cząsteczki z jej wnętrza. Powstaje w ten sposób "forma" zdolna do wychwytywania innej cząsteczki tej samej substancji Piętnowanie molekularne jest od pewnego czasu stosowane w przemyśle, lecz brakowało dotychczas metod pozwalających na produkowanie "form" zdolnych do wykrywania substancji wielkocząsteczkowych, takich jak białka. Problemem były także właściwości fizykochemiczne polimeru używanego do produkcji "sztucznych przeciwciał", spośród których najistotniejsza była niska rozpuszczalność w wodzie. Problem rozwiązano dzięki wykorzystaniu do produkcji "odlewu" substancji innej niż zwykle. Jak tłumaczy prof. Shea, wykonano sporo pracy, aby ustalić kompozycję, która zminimalizuje interakcje z ogromną różnorodnością białek [innych niż wykrywane]. Przeprowadzone testy wykazały, że modelowe "przeciwciało" wykrywa melitynę równie skutecznie, co naturalne ludzkie immunoglobuliny. Zdaniem prof. Shea, syntetyczne cząsteczki mogą wkrótce stać się sercem sensorów wykrywających liczne zagrożenia w otoczeniu człowieka. Dzięki swojej wysokiej trwałości mogłyby one posłużyć także do podawania ludziom w celach terapeutycznych. W przeciwieństwie do naturalnych, białkowych przeciwciał, "formy" opracowane na University of California są odporne na działanie enzymów trawiennych, dzięki czemu mogłyby być podawane nawet drogą pokarmową. Zespół badaczy z Kalifornii przeprowadził już pierwsze testy, dzięki którym potwierdzono zdolność opracowanych cząsteczek do neutralizacji melityny w organizmie zwierząt. Trwają także prace nad wytworzeniem sensorów zdolnych do wykrywania kilku kolejnych substancji. Trzymamy kciuki!