Применение пептидных нанотрубок для адресной доставки лекарств
Ученые подведомственного Минобрнауки России Института математических проблем биологии (ИМПБ) РАН исследовали структурные и физические свойства самоорганизующихся пептидных нанотрубок на основе дипептида дифениланина. Результаты работы можно применить для создания на основе пептидных нанотрубок капсул адресной доставки фармпрепаратов и лекарств.
Пептиды — это биологические макромолекулы, состоящие из аминокислот. Пептидные нанотрубки из аминокислоты дифенилаланин стали своеобразным аналогом углеродных нанотрубок.
Аминокислоты и короткие пептиды могут самостоятельно организовываться в разнообразные сложные биомолекулярные наноструктуры. Во время самосборки молекулы закручиваются в правую или левую сторону, в зависимости от исходных блоков аминокислот. Это их свойство — хиральность (отсутствие симметричности) — очень важная характеристика.
Самособранные пептидные дифенилаланиновые нанотрубки могут применяться при адресной доставке лекарств. При этом их биологическая активность может быть совершенно различной, поскольку «правые» и «левые» лекарства, взаимодействуя с соответствующими молекулами в организме, например с ферментами, могут действовать по-разному.
«Метод визуально-дифференциального анализа позволяет рассмотреть процесс изнутри структуры. Наблюдатель как будто находится в центре нанотрубки и видит, как атомы перемещаются относительно центральной оси сложной молекулы. Но самым интересным в нашем методе, пожалуй, является трансформация сложной структурной информации — ключевой в функционировании биомакромолекул — в наглядную карту, где все видно как на ладони. Мы с помощью нашего метода исследовали поведение и взаимодействие разных биологических молекул. В данном случае это были дифенилаланиновые нанотрубки с водой», — рассказал Сергей Филиппов, научный сотрудник отдела перспективных информационных технологий ИМПБ РАН, автор метода.
В своем исследовании ученые сначала рассмотрели право- и левоспиральные нанотрубки с пустой внутренней полостью, их самоорганизацию и свойства. Но, поскольку пептидные нанотрубки выращивают в воде, вторым этапом было моделирование взаимодействия структур с водой. Впервые было рассчитано оптимальное количество молекул воды внутри полости трубки.
Нанотрубка действует как оператор (модулятор) на воду, создавая упорядоченную структуру. Это происходит как в право-, так и в левоспиральных нанотрубках, но разными способами, в соответствии с их различной внутренней структурой и хиральностью. В результате кластеры воды закручиваются тоже либо в правую, либо в левую сторону.
По мнению заведующего группой компьютерного моделирования наноструктур и биосистем ИМПБ РАН Владимира Быстрова, в перспективе можно внутрь нанотрубок вместо воды поместить лекарство против рака доксорубицин. По сосудам оно может быть доставлено в нужное место в нужном объеме.