Электроды, расположенные внутри установки кварцевых микровесов. Источник фото: пресс-служба Университета ИТМО
В ИТМО разработали быстрый и эффективный метод фиксации особого белка, который связан с процессами развития раковых опухолей. Ученые придумали, как воссоздать на поверхности специальных датчиков для микровесов условия, имитирующие естественную среду мембраны клетки, и наблюдать за взаимодействием белка и других биологических молекул в режиме реального времени. Разработка позволит узнать больше о природе таких белков и сократить время и ресурсы на исследование лекарств против рака. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, были опубликованы в международном научном журнале Langmuir.
Белки играют важнейшую роль в клеточных процессах организма — это своего рода строительный материал для нашего тела. Они участвуют не только в развитии самих клеток, их взаимодействии с другими веществами, но и в возникновении болезней, в том числе рака. Сейчас ученые уделяют все больше внимания недавно открытому белку hnRNPA2B1, или A2B1, который отвечает за регуляцию процессов, связанных с РНК. Согласно исследованиям, его количество значительно увеличивается в раковых клетках. Кроме того, это один из белков, который отвечает за их стабильность. Поэтому белок A2B1 может стать «мишенью» для противораковых лекарств, чтобы они достигали конечной цели — «больных» клеток. Через этот белок также возможно воздействовать на сами клетки: дестабилизировать, приостановить деление и тем самым замедлить процесс развития рака.
Однако с белками крайне трудно работать. Вне клетки они быстро теряют биологические функции и становятся непригодными для исследований. А все существующие методы анализа веществ требуют использования большой концентрации белка и специальной метки для его отслеживания, что значительно усложняет этот процесс.
«У белков есть так называемый “карман связывания”. Именно туда “заходит” малая молекула лекарства, и только тогда происходит их взаимодействие с белком. Но вне клетки белок быстро теряет форму — его карман связывания деформируется и малая молекула уже не может в нем “закрепиться”. Кроме того, белок может “неправильно сесть” на датчик, с помощью которого проводят исследования, — например, карманом вниз. В этом случае взаимодействие с молекулой тоже будет невозможным», — объясняет один из авторов исследования, аспирант Научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Ольга Волкова.
В ИТМО нашли способ, как преодолеть эти ограничения и продлить «жизнь» белка вне клетки. Для этого ученые обратились к методу анализа веществ с помощью кварцевых микровесов. В отличие от других технологий, он позволяет работать с микро- и наноколичеством белка (чувствительность метода составляет всего 1 нанограмм, что в миллиард раз меньше объема соли в яичнице), без использования метки, а главное — наблюдать за взаимодействием белка и малой молекулы в режиме реального времени.
Сначала на электроды, расположенные внутри установки кварцевых микровесов, наносят слой полиэлектролитов. Эти вещества, как и электроды, имеют заряд, поэтому легко «прикрепляются» к заряженной металлической поверхности. Они создают на датчиках эффект искусственной мембраны клетки: как губка, обволакивают белок и не дают ему распасться, потерять форму и утратить свои биологические функции. После излишки полиэлектролита смывают водой и подают на электроды раствор с белком. Как только белок «оседает» на датчиках, на них подают раствор с малыми молекулами — противораковым лекарством или его отдельными активными компонентами. А дальше весы фиксируют изменения в массе веществ на электродах в режиме реального времени.
«Метод заключается в том, что мы следим, как меняется частота колебаний электродов. На золотые электроды подают напряжение, и кварцевый кристалл внутри них начинает колебаться с определенной частотой, в нашем случае это 5 МГц. Соответственно, когда на электрод “садится” что-то еще, частота колебаний манятся и прибор это сразу фиксирует. Анализ данных этих изменений позволяет сделать вывод о взаимодействии веществ. При этом мы можем также определить, какое количество вещества “закрепилось” в белке. Кроме того, благодаря фиксации результатов в режиме реального времени мы можем исключить вероятность влияния на белок иных факторов. Такую качественную и количественную оценку не позволяет сделать ни один другой метод», — отмечает куратор исследовательской группы, доктор химических наук, научный сотрудник НОЦ инфохимии ИТМО Евгений Смирнов.
Ученые не только доказали эффективность и точность этого метода, но и описали оптимальные условия для его реализации.
Использование этого метода в тестировании противораковых препаратов позволит расширить объем анализируемых материалов и ускорить процесс отбора наиболее эффективных веществ, а также сократить количество ресурсов на проведение испытаний. В перспективе метод может быть использован для корректировки лечебной терапии и разработки более прогрессивных препаратов против рака. Авторы работы уже опробовали технологию на практике и сейчас тестируют противораковые препараты с помощью этой методики.
Исследование поддержано грантом РНФ № 22-65-00022.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда
