Электрод внутреннего размещения на установке кварцевых микровесов.
В ИТМО создали быстрый и эффективный способ фиксировать особый белок, связанный с развитием опухолей. Ученые научились воссоздавать на поверхности датчиков для микровесов условия, напоминающие естественную среду мембраны клетки, и наблюдать за взаимодействием белка с другими биологическими молекулами в режиме реального времени. Это открытие поможет больше узнать о природе таких белков и сократит время и ресурсы на исследования лекарств против рака. Результаты исследования, поддержанного Результаты работы, поддержанные грантом РФН, изложены в публикации международного научного журнала Langmuir.
Белки выполняют ключевую роль в клеточных процессах организма. Служат строительным материалом для тела. Принимают участие не только в развитии клеток и их взаимодействии с веществами, но и в возникновении болезней, включая рак. Ученые все больше внимания уделяют недавно открытому белку hnRNPA2B1, или A2B1, который регулирует процессы, связанные с РНК. исследованиямВ опухолевых клетках его количество заметно возрастает. Белок A2B1 играет важную роль в их стабильности. Из-за этого белок может стать объектом противораковых препаратов, направляемых на пораженные клетки. Через него можно воздействовать на клетки: нарушить их структуру, остановить деление и тем самым замедлить рост опухоли.
Работа с белками крайне сложна. За пределами клетки они быстро утрачивают биологические функции и становятся непригодными для исследований. Существующие методы анализа веществ требуют высокой концентрации белка и специальной метки для его отслеживания, что усложняет этот процесс.
«Белки имеют «карман связывания», куда входит маленькая молекула лекарства. Взаимодействие происходит только после этого.
Однако вне клетки белок быстро меняет форму: карман связывания деформируется, и малая молекула не может в нем зафиксироваться. Также белок может неправильно присоединиться к датчику, используемому для исследований. — В таком положении соприкосновение с молекулой окажется также невозможным. — говорит аспирант Научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Ольга Волкова, один из авторов исследования.
В ИТМО нашли способ обойти ограничения и продлить существование белка вне клетки. Ученые воспользовались методом анализа веществ с помощью кварцевых микровесов. В отличие от других технологий, метод позволяет работать с микро- и наноколичествами белка без использования метки и наблюдать за взаимодействием белка и малой молекулы в режиме реального времени.
На электроды кварцевых микровесов сначала наносят слой полиэлектролитов. Эти вещества, подобно электродам, заряжены и легко прикрепляются к металлической поверхности. Полиэлектролиты создают на датчиках эффект искусственной мембраны клетки: обволакивают белок, как губка, не давая ему разрушиться, потерять форму и утратить биологические функции. Излишки полиэлектролита смывают водой, после чего подают раствор с белком. Как только белок оседает на датчиках, подают раствор с малыми молекулами — противораковым лекарством или его отдельными активными компонентами. Весы фиксируют изменения массы веществ на электродах в режиме реального времени.
«Метод основан на отслеживании изменения частоты колебаний электродов. На золотые электроды подаётся напряжение, что приводит к колебаниям кварцевого кристалла внутри них с частотой 5 МГц. При захвате электродом вещества частота колебаний меняется, что фиксируется прибором. Анализ этих изменений позволяет сделать выводы о взаимодействии веществ и определить количество закрепившегося вещества в белке. Фиксация результатов в режиме реального времени исключает влияние на белок других факторов. Такая качественная и количественная оценка невозможна с помощью других методов. — обращает внимание руководитель исследовательской группы, доктор химических наук, научный сотрудник НОЦ инфохимии ИТМО Евгений Смирнов.
Ученые подтвердили эффективность и точность метода, а также определили оптимальные условия для его применения.
Применение данного метода в испытаниях противоопухолевых лекарств увеличит объем изучаемых материалов, ускорит отбор наилучших веществ и сократит затраты на исследования. В будущем его можно будет применять для корректировки лечения и создания более совершенных противораковых препаратов. Авторы уже тестировали технологию в действии и сейчас проверяют эффективность противоопухолевых лекарств с помощью этой методики.
Исследование поддержано грантом РНФ № 22-65-00022.
Пресс-служба Российского научного фонда предоставила информацию и фотографии.