Rozwój zastosowań biomedycyny
Obecnie stosowane układy enkapsulacji, takie jak krople, liposomy i polimerosomy, stanowią struktury o wielkości w zakresie od kilkudziesięciu nanometrów do kilkuset mikrometrów. Naturalne kapsydy, białka o strukturze przypominającej klatkę, wytwarzane przez niektóre wirusy stanowią ważną opcję tworzenia kompartmentów. Niektóre białka mają również wewnętrzne pory o ściśle określonym kształcie i symetrii, które mogą być zastosowane jako nanokompartmenty. Kierowana mutageneza umożliwia kontrolowanie właściwości poszczególnych białek i struktury tworzonych kapsydów. Zmiana ładunku aminokwasów i "ładowanie" białek pozwalają nadawać powierzchniom nowe właściwości, zachowując jednocześnie funkcje białek. Jedną z ważnych funkcji naładowanych białek jest zwiększona stabilność termiczna. Projekt "Engineering of an artificial capsidic enzyme for aqueous dirhodium catalysis" (ACCARC) został poświęcony przetwarzaniu ferrytyny metodami inżynierii genetycznej w celu uzyskania czynnościowych nanokompartmentów. Ferrytyna jest białkiem globularnym o symetrycznych przestrzeniach wewnętrznych, służącym do przechowywania żelaza. Występuje zarówno w organizmach eukariotycznych, jak i prokariotycznych. Korzystając z projektowania komputerowego, przebudowano zewnętrzną powierzchnię ferrytyny, aby uzyskać dodatnio naładowaną nanoklatkę. Uzyskana ferrytyna z dodatkowym ładunkiem jest termostabilna i może skutecznie wiązać się do ujemnie naładowanych powierzchni. Naukowcy wykorzystali nanoklatkę ferrytynową do syntezy nanocząstek tlenku żelaza. Umożliwiło to monitorowanie lokalizacji przestrzennej nanoklatek w eksperymentach polegających na transfekcji. Stwierdzono, że ferrytyna niosąca dodatkowy ładunek łatwo wbudowuje się do komórek modeli nowotworów złośliwych człowieka. Następnie złożono ferrytynę niosąca dodatkowy ładunek wewnątrz większej nanoklatki białkowej, AaLS-13, którą również zmodyfikowano. AaLS-13 jest zmutowaną syntazą lumazynową bakterii Aquifex aeolicus, enzymem o kształcie kapsydu. Enzym ten naładowano ujemnie, aby mógł przenosić w sobie dodatnio naładowane białko. Udoskonalając elektrostatyczne oddziaływania pomiędzy ferrytyną i AaLS-13 poprzez modyfikowanie ładunków naukowcy uzyskali zagnieżdżone struktury. Uzyskano "matrioszki" w postaci dużej klatki, zawierającej w sobie szereg mniejszych klatek z ferrytyny o zmodyfikowanym ładunku, w których z kolei znajdowało się żelazo. Projekt otworzył nowe możliwości w dziedzinie tworzenia struktur w skali nano, takich jak sztuczne organelle lub mikrokompartmenty.
