Учёные СПбГУ научились управлять реакциями в клетках с помощью молекул-переключателей

Молекулы-переключатели ДНК срабатывают при изменении кислотности среды. Такие наноустройства могут в будущем доставлять лекарства прямо к опухолевой клетке.

Биофизики Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) разработали способ управлять химическими реакциями внутри клеток. Для этого используют молекулы-переключатели, которые реагируют на изменение кислотности среды. Результаты, поддержанные грантом РНФ, опубликованы в журнале Analytical Chemistry.

Основой стали необычные участки ДНК: G-квадруплексы и i-мотивы. В отличие от привычной двойной спирали, они образуются из четырёх параллельных цепей. В нейтральной и щелочной среде участки ДНК соединяются по принципу застёжки-молнии. При повышении кислотности i-мотив меняет форму: «молния» расстёгивается, и вместо неё образуются две компактные четырёхцепочечные структуры, похожие на бочонки.

Раньше такие механизмы были известны, но заранее определить, при каких условиях сработает наноустройство, было сложно. Это ограничивало их использование в биомедицине, где важны точность и предсказуемость.

Учёные предложили два варианта конструкций: с коротким одноцепочечным участком между G-квадруплексом и i-мотивом и с самостоятельными молекулярными структурами. Момент срабатывания можно настраивать. Если увеличить длину соединительного участка, переключатель начнёт реагировать на менее кислую среду. Прочность связи между компонентами позволяет регулировать порог срабатывания.

Кислотность в опухолевых и здоровых тканях различается, и это помогает точнее воздействовать на нужные участки организма. Программирование и контроль структуры таких наноустройств открывают возможность адресной доставки лекарств прямо к поражённой клетке. Особенно это важно для противоопухолевых препаратов и биосенсоров.

Доцент СПбГУ Петр Соколов рассказал, что в перспективе такие принципы позволят создавать «умные» лекарства, которые активируются только в кислой среде опухоли, биосенсоры с настраиваемой чувствительностью и молекулярные логические устройства.

На основе полученных данных создана математическая модель, которая позволит проектировать молекулярные устройства с заданными характеристиками. В будущем на её основе могут появиться инструменты, способные распознавать изменения среды и реагировать на них.

Поиск