Учёные научились управлять химическими реакциями в клетках с помощью «молекул-переключателей»

Биофизики Санкт-Петербургского государственного университета разработали способ управлять химическими реакциями внутри клеток с помощью молекул-переключателей, реагирующих на изменение кислотности среды. Программирование и контроль структуры таких наноустройств открывают возможность создавать системы адресной доставки лекарств прямо к поражённой клетке, что особенно важно для разработки противоопухолевых препаратов и биосенсоров. Кислотность в опухолевых и здоровых тканях различается, и это помогает точнее воздействовать на нужные участки организма. Результаты, поддержанные грантом РНФ, опубликованы в журнале Analytical Chemistry.

В основе разработки — необычные последовательности ДНК: G-квадруплексы и i-мотивы, которые, в отличие от привычной двойной спирали, образуются из четырёх параллельных цепей. В нейтральной и щелочной среде участки ДНК соединяются по принципу застёжки-молнии, а при повышении кислотности i-мотив меняет форму: «молния» расстёгивается, и вместо неё образуются две компактные четырехцепочечные структуры, похожие на бочонки. Подобные механизмы науке известны, но до сих пор было сложно заранее определить, при каких условиях сработают наноустройства, — это ограничивало их применение 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. Оказалось, что моментом срабатывания можно управлять с высокой точностью: увеличивая длину соединительного участка, переключатель начинает реагировать на менее кислую среду, а изменяя прочность связи между компонентами, можно регулировать порог срабатывания. Как отметил доцент СПбГУ Петр Соколов, описанные принципы в перспективе позволят создавать «умные» лекарства, активирующиеся 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, а в будущем — инструменты, способные распознавать изменения среды и реагировать на них нужным образом.

Изображение: Magnific