Przełomowe badania prowadzone przez naukowców pracujących pod kierunkiem prof. Jonathana Heddle'a z Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ doprowadziły do opracowania nanokapsułki – białkowej "nanoklatki", dzięki której możliwe jest dostarczanie ładunków molekularnych do komórek. Klatka jest strukturą podobną w swej budowie do białkowej otoczki wirusa. Nie posiada jednak materiału genetycznego, zatem w jej pustym wnętrzu naukowcy umieścili białko i dostarczyli je do komórki.

Obecnie opracowywane leki pod względem skomplikowania swojej budowy nie przypominają dawnych specyfików, które były prostymi molekułami. Współczesne farmaceutyki składają się z wyrafinowanych biomakromolekuł (różnego rodzaju białka oraz RNA), które są dużymi i często dość delikatnymi strukturami. Ich dostarczenie do komórek w ciele pacjenta stanowi spore wyzwanie – zanim dotrą do celu napotykają na trudne warunki, które mogą zakłócić ich funkcjonowanie. Z tego wynika potrzeba zamknięcia ich w stabilnej, ochronnej otoczce (klatce), które może utrzymać je w nienaruszonym stanie, aż do chwili osiągnięcia przez nie zaplanowanego miejsca działania. Istotna jest także możliwość otwarcia tej klatki w odpowiednim momencie i uwolnienia jej zawartości, czyli leku.

Taki właśnie mechanizm działania opisany został w opublikowanej na łamach  czasopisma "Biomacromolecules" pracy, której głównymi autorkami są dr Antonina Naskalska i dr Kinga Borzęcka-Solarz (współautorzy: dr Jan Różycki, dr Izabela Stupka, dr inż. Michał Bochenek, prof. Elżbieta Pyza, prof. Jonathan G. Heddle).

Naukowcy z UJ w swoich badaniach wykorzystali opracowaną wcześniej sztuczną klatkę białkową o nazwie TRAP-cage. Klatka TRAP ma średnicę około 21 nanometrów i jest bardzo stabilna. Ponadto otwiera się w odpowiedzi na warunki podobne do tych występujących w komórkach.

Zespół wykazał, że wewnątrz klatki TRAP można umieścić białko zwane zielonym białkiem fluorescencyjnym (GFP). Następnie na zewnątrz klatki dodali molekuły, które umożliwiają jej penetrację komórek. Używając mikroskopu, byli w stanie obserwować, jak dociera do komórek i uwalnia swój ładunek.

- Okazało się, że klatka jest bardzo stabilna, ale przy tym, że otwiera się tylko w cytoplazmie komórki, gdzie uwalnia swój ładunek. Ten fakt jest bardzo obiecujący dla jej potencjalnych zastosowań w dostarczaniu leków – skomentował badania prof. Jonathan Heddle, który ma nadzieję, że wyniki pracy jego zespołu mogą być podstawą do produkcji nowych rodzajów klatek i stanowić pierwszy krok w kierunku opracowania programowalnej formy materii biologicznej.

Warto nadmienić, że w ubiegłym miesiącu Uniwersytet Jagielloński podpisał umowę licencyjną z firmą nCage Therapeutics na rozwój technologii, której podstawą jest klatka białkowa. Ma ona posłużyć jako platforma do dostarczania leków do komórek lub do opracowania szczepionek.

Niewątpliwą zaletą klatki białkowej jest możliwość modyfikacji jej powierzchni. Umożliwia prezentowanie antygenów gęsto upakowanych na zewnętrznej powierzchni klatki lub też transport molekuł w swoim wnętrzu.

Dowiedz się więcej o Laboratorium Heddle'a na stronie www.heddlelab.org.