Wielowalencyjność w układach biologicznych — rozwój nowych koncepcji interwencji klinicznych
Oddziaływania wielowalencyjne są powszechne i ważne dla układów biologicznych. Charakteryzują się jednoczesnym wiązaniem wielu ligandów jednej cząsteczki biologicznej do wielu receptorów drugiej cząsteczki, co powoduje, że wiązania te są znacznie trwalsze niż odpowiadające im wiązania pojedyncze. Z tego też powodu ich działanie jako agonistów, wywołujących odpowiedź biologiczną, i antagonistów różni się fundamentalnie od ich odpowiedników monowalentnych. Nasza wiedza o sposobie przekazywania funkcji biologicznej przez oddziaływania wielowalencyjne jest niewystarczająca, choć odgrywają one istotną rolę w układach biologicznych. Naukowcom z projektu CELLMULTIVINT (Combining supramolecular chemistry, physico-chemical characterization and theoretical modeling to understand multivalent interactions at the cell-hyaluronan matrix interface) udało się przezwyciężyć ograniczenia wcześniejszych badań. Opracowali dobrze zdefiniowane, wysoko specyficzne i regulowane układy modelowe do badania tworzenia przez białka i polimery wielu wiązań z powierzchniami funkcjonalnymi. Stosując tę platformę oraz hialuronian — ważny polimer biologiczny — zdobyli pierwszy jak dotąd dowód na "superselektywność" wiązania wielowalencyjnego. Superselektywność to zdolność precyzyjnego odróżniania komórek na podstawie gęstości upakowania na ich powierzchni receptorów. Wyniki badania opublikowano w J. Am. Chem. Soc. W szczególności naukowcy ustalili, że gęstość powierzchni związanego polimeru wzrasta szybciej niż liniowo wraz z gęstością powierzchni w miejscach wiązania. Wykorzystując koncepcje z dziedziny fizyki miękkiej materii, wykazali, że superselektywność jest wynikiem wielowalencyjności i zwiększa się przez zdolność polimerów do wzajemnego przenikania. Dzięki połączeniu danych z regulowanego układu doświadczalnego z modelowaniem teoretycznym i symulacjami, naukowcom z projektu CELLMULTIVINT udało się wykazać, że cechy cząsteczek, takie jak wielkość, walencyjność i powinowactwo mogą być zmieniane, tak aby możliwa była regulacja wiązania superselektywnego. Badanie przygotowało grunt pod budowę wielowalencyjnych sond do zastosowań biomedycznych. Najlepszym przykładem takiego zastosowania jest lek polimerowy zaprojektowany do selektywnego celowania w komórki. W dalszej perspektywie projekt mógłby przyczynić się do modulacji szlaków sygnałowych komórek i reakcji immunologicznych oraz hamowania działania toksyn i patogenów.
