Группа испанских ученых разработала интеллектуальное наноустройство, закладывающее основы для разработки новых методов борьбы со старением. Устройство состоит из наночастиц, которые могут выборочно высвобождать необходимые препараты в стареющих клетках человека. Диапазон его будущего потенциального использования очень широк – от лечения заболеваний, сопровождающихся дегенерацией клеток или тканей, таких как рак, болезни Альцгеймера или Паркинсона, до ускоренного старения организма (прогерии).

«Разработанное нами наноустройство состоит из мезопористых наночастиц с галактоолигосахаридным внешним покрытием, которое препятствует высвобождению их полезного груза и селективно открывается только в клетках, находящихся в стадии дегенерации, или стареющих клетках. Это наноустройство – доказательство концепции – впервые демонстрирует, что определенные химические вещества могут высвобождаться именно в этих, а не в других клетках», – рассказывает о работе один из ее авторов Рамон Мартинес Маньес (Ramón Martínez Máñez), научный сотрудник Centro de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico.

По мнению руководителя исследования Хосе Рамона Мургиа (José Ramón Murguía), научного сотрудника Института молекулярной и клеточной биологии растений (Instituto de Biología у Celular де Plantas), старение – это физиологический процесс, целью которого является уничтожение старых или измененных клеток, жизнеспособность которых поставлена под угрозу.

«Когда мы молоды, механизмы старения предотвращают, например, появление опухолей. Проблема в том, что с возрастом стареющие клетки накапливаются в органах и тканях, нарушая их нормальное функционирование. Уничтожение этих клеток замедлило бы развитие заболеваний, связанных со старением. Наша работа показывает, что мы можем разработать таргетную терапию, направленную против таких клеток», – комментирует свое понимание процесса старения и возможностей борьбы с ним Мургиа.

Пока исследователи оценили эффективность нового наноустройства на первичных культурах клеток пациентов с синдромом ускоренного старения – врожденным дискератозом. Для таких культур характерна высокая скорость старения и повышенный уровень фермента бета-галактозидазы.

«Стареющие клетки гиперэкспрессируют этот фермент, и мы разработали наночастицы, которые открываются в его присутствии, высвобождая свое содержимое для уничтожения стареющих клеток, предотвращения ухудшение состояния или даже для активации омоложения», – объясняет Мургиа.

Контролируемое внутриклеточное высвобождение молекул в стареющих клетках достигается с помощью мезопористых наночастиц диоксида кремния,
покрытых молекулами галактоолигосахарида (galactooligosaccharide, GOS) и содержащих молекулы полезного груза (на схеме показаны в виде пурпурных сфер).
Галактоолигосахарид является субстратом для биомаркера старения – фермента ассоциированной со старением β-галактозидазы (senescence-associated β-galactosidase, SA-β-gal) –
и позволяет наночастицам высвобождать полезный груз после попадания в клетки с высоким уровнем экспрессии SA-β-gal.
(Рис. 10.1002/anie.201204663)

«Существует целый ряд заболеваний, связанных с преждевременным старением тканей, многие из которых развиваются у очень молодых пациентов, для которых нет терапевтических альтернатив, как, например, в случае врожденного дискератоза или апластической анемии. Другие заболевания, такие как идиопатический легочный фиброз или цирроз печени, развиваются у взрослых. Наши наночастицы представляют собой уникальную возможность выборочно доставлять терапевтические соединения в поврежденные ткани и предотвращать потерю их жизнеспособности и функциональности», – объясняет один из авторов разработки Росарио Перона (Rosario Perona), научный сотрудник Института медико-биологических исследований (Instituto de Investigaciones Biomédicas).

В ближайшем будущем испанские исследователи планируют проверить эффективность своего устройства при загрузке наночастиц различными терапевтическими препаратами, а также испытать его уже не на клеточных культурах, а на животных моделях.

«Насколько нам известно, это первое описание нанотерапии для стареющих клеток. Несмотря на то, что от этих результатов до возможного уничтожения стареющих клеток или омолаживающей терапии предстоит пройти долгий путь, мы считаем, что наше исследование может открыть новые пути к разработке методов лечения возрастных заболеваний», – говорит Мартинес Маньес.

По мнению испанских ученых, новое наноустройство может оказаться полезным и в косметологии – в качестве средств доставки препаратов для борьбы с морщинами и старением кожи, для защиты от UV-излучения или лечения алопеции, – так как все эти состояния связаны с накоплением в тканях стареющих клеток.

Работа опубликована в журнале Angewandte Chemie.

Аннотация к статье

Targeted Cargo Delivery in Senescent Cells Using Capped Mesoporous Silica Nanoparticles