Традиционные фармацевтические препараты состоят из относительно небольших молекул, которые обычно без особых проблем попадают в желаемое место. Это сложнее для новых типов лекарств, которые разрабатываются; они состоят из больших биомолекул, таких как белки и генетический материал (я.е. ДНК и РНК).
Например, чтобы использовать ДНК в генной терапии, молекула должна быть полностью доставлена к больным клеткам, чтобы быть эффективной. Однако ДНК по своей природе неспособна проникать в клетки и быстро разрушается. Поэтому обезвреженные естественные вирусы используются в качестве так называемых переносчиков.
Они могут эффективно проникать в клетки и доставлять терапевтические молекулы ДНК или РНК. Однако процесс обезвреживания природных вирусов все еще требует улучшения.
Непредвиденные побочные эффекты были проблемой. Поэтому также проводятся исследования альтернативных «вирусоподобных» векторов на основе синтетических молекул. К сожалению, они оказались менее эффективными, потому что трудно точно имитировать многие уловки, используемые вирусами. Первым важным шагом в имитации вирусов является точная упаковка отдельных молекул ДНК с защитным слоем из более мелких молекул.
По словам исследователей, это звучит проще, чем есть на самом деле. До сих пор упаковка отдельных молекул ДНК защитным покрытием из синтетических молекул еще не была достигнута.
Искусственные белки вирусной оболочки
Вместо того, чтобы использовать синтетическую химию для покрытия отдельных молекул ДНК, исследователи решили разработать и произвести искусственные белки вирусной оболочки.
В рамках своего исследования они использовали недавние теоретические выводы о важнейших аспектах процесса упаковки генетического материала естественными вирусными белками оболочки. Исследователи «перевели» каждый из этих важных аспектов в различные белковые блоки с простыми структурами.
Аминокислотная последовательность белковых блоков была вдохновлена натуральными белками, такими как шелк и коллаген. Созданные таким образом искусственные белки вирусной оболочки были произведены с использованием естественного механизма дрожжевых клеток. Когда белки смешивались с ДНК, они спонтанно образовывали высоко защитную белковую оболочку вокруг каждой молекулы ДНК, создавая, таким образом, «искусственные вирусы».
Процесс формирования искусственных вирусов во многом аналогичен процессу образования естественных вирусов, таких как вирус табачной мозаики, который послужил моделью для искусственного вируса.
Было обнаружено, что это первое поколение искусственных вирусов столь же эффективно, как и существующие методы доставки ДНК в клетки-хозяева, основанные на синтетических молекулах. Но высокая точность, с которой молекулы ДНК упакованы в искусственный вирус, предлагает множество возможностей для использования и других вирусных уловок, пишут исследователи.
Мы надеемся, что в будущем эти методы могут привести к созданию безопасных и эффективных методов доставки фармацевтических препаратов нового поколения, особенно в генной терапии. Более того, эти искусственные вирусы также могут быть разработаны для многих других приложений, в которых сейчас используются вирусы, в таких областях, как биотехнология и нанотехнология.
Исследовательская команда
Искусственные вирусные белки были разработаны и произведены учеными Wageningen UR (Университет и исследовательский центр).
Они работали в сотрудничестве с партнерами из Технологического университета Эйндховена и Лейденского университета, которые внесли вклад, основанный на теории спонтанного образования вирусных частиц и помогли визуализировать полученные искусственные вирусные частицы, и партнерами из Университета Радбауд в Неймегене, которые изучили проникновение вирусов в вирусные частицы. искусственные вирусные частицы в живые клетки.