Nanocząsteczki złota pozwalają uzyskać większą czułość diagnostyczną
Samoorganizujące się monowarstwy (SAM) – warstwy cząsteczek organicznych, które samoczynnie układają się na powierzchni – są istotną częścią współczesnej nanotechnologii. Potencjalne zastosowania tej technologii to wytwarzanie niezwykle cienkich warstw izolujących oraz nanoskalowych urządzeń elektronicznych. Profesor technologii biomedycyny na Uniwersytecie w Malmö w Szwecji i koordynator projektu rSAMs-NANO Börje Sellergren zauważa: „Monowarstwy o odwracalnej samoorganizacji [ang. reversible self-assembled monolayers (rSAM)] to taki rodzaj samoorganizujących się monowarstw, w których na naładowanych powierzchniach może dojść do odwrócenia procesu samoorganizacji i uformowania warstw zdefiniowanych molekularnie. Takie ich zachowanie sprawia, że mogą przejawiać one potencjalnie interesujące właściwości biomimetyczne”. Sellergren i stypendystka działań „Maria Skłodowska-Curie” Yulia Sergeeva skupili się na zbadaniu, czy zastosowanie warstw rSAM pozwoli kopiować sposób oddziaływania komórek z otoczeniem lub ich spotkań z patogenami. Problem ten może okazać się niezmiernie przydatny w dziedzinie inżynierii tkankowej oraz bioczujników, a ostatecznie doprowadzić do metod hamowania oddziaływań między wirusem a komórką gospodarza. Sellergren mówi: „Główne potencjalne korzyści, jakie udało się nam zidentyfikować w zakresie stosowania warstw rSAM to ich solidność, łatwość wytwarzania oraz krótkie czasy przejść, a wszystko to przy utrzymaniu niewielkich kosztów. Przykładowo testy antygenowe do wykrywania obecności wirusa bazują obecnie na wykorzystaniu drogich i często trudnych w wytworzeniu przeciwciał. Pokonanie tych trudności może przyspieszyć wychodzenie z odpowiedzią na pandemię i zwiększyć możliwości przeprowadzania testów na całym świecie”.
Czułe techniki diagnostyczne
Ostatecznie projekt rSAMS-NANO posłużył sprawdzaniu, czy zastosowanie rSAM może przynieść poprawę względem stosowanych obecnie technik diagnostycznych i terapeutycznych. Sellergren wyjaśnia: „Inspiracją do prowadzenia tych badań były publikowane wcześniej prace nad inhibitorami patogenów na bazie nanocząsteczek. Przykładowo nanocząsteczki złota powlekane glikanem wykazały obiecujące właściwości hamujące w przypadki bakterii i wirionów”. Nanocząsteczkom tym brakowało jednak dynamicznych, biomimetycznych właściwości warstw rSAM. Aby sprawdzić postawioną hipotezę, zespół projektowy osadził warstwy rSAM pod postacią elastycznych powłok na rdzeniu z nanocząsteczek złota. Celem było sprawdzenie, czy takie rozwiązanie pozwoli uzyskać większą czułość diagnostyczną. „Przeprowadziliśmy systematyczne badanie wpływu wielkości nanocząstek złota, właściwości warstwy kotwiczącej i składu warstwy rSAM na stabilność układu rdzeń–powłoka”, dodaje Sellergren. „Udało się nam zidentyfikować niepowtarzalną kombinację, która pozwoliła osiągnąć potrzebną stabilność”. Skuteczność przygotowanych w ten sposób nanocząsteczek z powłoką dynamiczną w wykrywaniu infekcji została sprawdzona przy użyciu białek kapsydu i dezaktywowanych wirionów. Przykładowo nanocząsteczkowe czujniki sprawdzono w wykrywaniu różnych szczepów wirusa grypy. Doświadczenia te pozwoliły odkryć, że ligandy modyfikowane za pomocą nanocząsteczek oddziaływały silnie ze swoimi receptorami. „Ponadto ruchliwość ligandów znacznie wzmocniła wiązanie docelowe. To z kolei przełożyło się na czułość detekcji, która znacznie przewyższyła tę obserwowaną dla alternatywnych receptorów, takich jak przeciwciała. Ostatecznie udało się nam wykazać, że można wytworzyć stabilne nanocząsteczki z powłoką rSAM i złotym rdzeniem”, mówi Sellergren. „Następnie okazało się, że oddziałują one bardzo silnie ze swoimi receptorami”.
Przełom w dziedzinie bioczujników
Odkrycia te mogą stanowić znaczący przełom w zakresie stosowania biomimetycznych technik biowykrywania i w diagnostyce. Wynalazcy opatentowali materiały użyte w projekcie. Obecnie są one stosowane przez niewielki start-up powstały po ukończeniu projektu. Trwają negocjacje w zakresie umów licencyjnych. Nic nie stoi też na przeszkodzie, aby wykorzystać koncepcyjnie techniki powstałe w ramach projektu rSAMs-NANO do hamowania wnikania wirusa w komórkę poprzez blokowanie receptora na wczesnych etapach infekcji. Rozwiązanie to może zainteresować branżę farmaceutyczną w kontekście opracowania leków przeciwwirusowych nowej generacji. „W ramach tego projektu, który uzyskał wsparcie z działań »Maria Skłodowska-Curie«, staraliśmy się również wesprzeć naukowca posiadającego wyjątkowe umiejętności w tej dziedzinie”, zauważa Sellergren. Umiejętności te doskonale wpasowały się w nasze potrzeby niezbędne do osiągnięcia wyznaczonych celi”.
Słowa kluczowe
rSAMs-NANO, nanotechnologia, SAMs, biomimetyczne, wirus, komórka, złoto, nanocząsteczki
