Extracellular vesicle-like metal-organic framework nanoparticles are developed for the intracellular delivery of biofunctional proteins. The biomimetic nanoplatform can protect the protein cargo and overcome various biological barriers to achieve systemic delivery and autonomous release.
Наносистема биомиметиков может доставлять терапевтические белки к избирательным мишеням в злокачественных опухолях. Используя белковый токсин, наз. gelonin, из растений, обнаруженных в гималайских горах, исследователи заключали белки в само-собирающиеся металл-органические устройства (MOF) наночастицы, чтобы защитить их от иммунной системы тела. Чтобы увеличить продолжительность жизни лекарства в кровеносной сети и избирательно воздействовать на опухоль, исследователи покрывали MOF покровом, продуцируемым клетками самой опухоли.
Кровь является неблагоприятной средой для доставки лекарств. Иммунная система тела атакует чужеродные молекулы или вымывает их из тела посредством селезенки или печени. Но клетки, включая раковые клетки, высвобождают небольшие частицы, наз. внеклеточными пузырьками, которые общаются с др. клетками тела, посылая сигнал "не ешь меня" иммунной системе.
"Мы разработали стратегию, чтобы предоставить преимущества внеклеточным пузырькам, происходящим из опухолевых клеток," говорит Siyang Zheng. "Мы удаляли 99% содержимого этих внеклеточных пузырьков и затем использовали мембраны для заворачивания наших металл-органических наночастиц. Если мы сможем получать наши внеклеточные пузырьки от пациентов посредством биопсии или хирургического вмешательства, тогда сможем отыскивать опухоль с помощью процесса, наз. homotypic targeting."
Gong Cheng говорит, "MOF является классом кристаллиновых материалов, собираемых металлическими узелками и органическими линкерами. В нашей разработке, самосборка MOF наночастиц и энкапсуляция белков достигается одновременно посредством one-pot подхода в жидкой среде. Сайты обогащенного сродства к металлу на поверхности MOF действуют подобно застежкам (buttonhook), так что мембрана внеклеточных пузырьков может быть легко пристегиваться к MOF наночастицам. Наша биомиметическая стратегия делает синтетические наночастицы похожими на внеклеточные пузырьки, но они содержат внутри желаемый груз."
Система наночастиц циркулирует в кровотоке до тех пор, пока не находит опухоль и закрепляется на клеточной мембране. Раковая клетка заглатывает наночастицы с помощью эндоцитоза. Оказавшись внутри клетки, высокая кислотность раковых клеток вызывает разрыв и выход из внутриклеточных транспортных пузырьков метал-органических наночастиц и высвобождение токсического белка в цитозоль и убивает клетку.
"Наши металл-органические устройства обладают очень высокой способностью загрузки, так что мы не нуждаемся в использовании кучи частиц, это удерживает общую токсичность на низком уровне," говорит Zheng.
Исследователи изучили эффективность наносистемы и её токсичность на небольших модельных животных.
Исследователи полагают, что их наносистема предоставляет инструмент для целенаправленной доставки др. белков, которые необходимы для защиты от иммунной системы. Penn State has applied for patent protection for the technology.