T. Einfalt, D. Witzigmann, C. Edlinger, et al. Biomimetic artificial organelles with in vitro and in vivo activity triggered by reduction in microenvironment. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-03560-x | |
|---|---|
|
|
 These are artificial organelles in the scavenger cells of a zebrafish that were made visible by a fluorescent reaction. The fluorescence only occurs when the enclosed peroxidase enzyme is activated and reacts hydrogen peroxide produced by the scavenger cells. The researchers have thus provided evidence that the artificial organelles function in vivo. Впервые исследователи из University of Basel успешно интегрировали искусственные органеллы в клетки живых эмбрионов рыбок данио.
В клетках высших организмов органеллы, такие как ядро или митохондрии осуществляют ряд сложный функций, необходимых для жизни. В Swiss Nanoscience Institute и NCCR "Molecular Systems Engineering," группа под руководством Professor Cornelia Palivan воспроизвели органеллы такого типа в лаб., чтобы внести их в клетки и контролировать их активность в ответ на присутствие внешних факторов (напр., изменения значений pH или reductive условий).
Эти клеточные импланты, напр., могут нести ферменты, способные превращать фармацевтический ингредиент в активную субстанцию и высвобождать её "по необходимости" в специфических условиях. Применение лекарств таким способом может существенно снизить используемые количества и побочные эффекты. Это может сделать возможным лечение путем доставки только. когда необходимы изменения, ассоциированные в патологическими состояниями (напр., рак). Tiny capsules with an enzymatic cargo
Искусственные органеллы базируются на крошечных капсулах, которые образуются спонтанно в растворе из полимеров и могут включать разные макромолекулы, такие как ферменты. Искусственные органеллы, представленные здесь содержат фермент peroxidase, который начинает действовать только когда, когда специфические молекулы проникают через стенку капсул и поддерживают ферментативную реакцию.
Чтобы контролировать прохождение субстанции, исследователи включили химически модифицированные природные мембранные белки в стенку капсул. Они действуют как ворота, которые открываются в зависимости от концентрации glutathione в клетке.
При низких значениях glutathione поры из мембранных белков "закрыты" -- т.е. субстанция не может через них проходить. Если концентрация глютатиноа возрастает выше определенного порога, то белковые ворота открываются, и субстанция извне проходит через поры в полость капсул. Здесь они превращаются с помощью ферментов внутри и продукт реакции может покидать капсулы через открытые ворота. Also effective in living organisms
"Сегодня мы впервые способны интегрировать эти искусственные органеллы в клетки живых организмов," заявила Cornelia Palivan. Исследователи выбрали эмбрионы рыбок данио из-за прозрачности их тел, что позволяет отслеживать клеточные импланты под микроскопом, если они маркированы флюоресцентной окраской.
После того, как искусственные органеллы были инъецированы, они были поглощены "съедены" макрофагами и тем самым был проложен их путь в организм. Исследователи затем оказались способны показать, что фермент peroxidase может быть отслежен внутри искусственных органелл, он был активирован, когда перекись водорода, продуцируемая макрофагами проникала через белковые ворота.
"В данном исследовании мы показали, что искусственные органеллы, инспирированные природой, продолжают работать, как и положено в живом организме и что белковые ворота, которые мы инкорпорировали, работают и in vivo," комментирует Toma Einfalt. Идея использования искусственных органелл в качестве имплантов в клетки с потенциалом продуцировать активные фармакоцевтические соединения, напр., открывает новые перспективы белковой терапии, ориентированной на пациента.
|