Nová studie vědců pod vedením Olega Lunova ze Sekce optiky Fyzikálního ústavu AV ČR objasňuje vliv mechaniky a tvaru buněk na vstřebávání nosičů léčiv. Tento výzkum otevírá nové možnosti pro vývoj inovativních metod cílené léčby, například v onkologii, kde by nanostruktury mohly být využity k selektivnímu zacílení nádorových buněk. Experimentální práce byla provedena na jaterních rakovinových liniích. Výsledky byly publikovány v prestižním časopise Journal of Materials Chemistry B.
Doručování léčiv přímo do buněk je stále vysoce aktuální oblastí výzkumu. Jedním z nadějných směrů je využití DNA nanostruktur (DNs), založených na bázi DNA nukleotidů, základních stavebních kamenů genetické informace. Tyto nanostruktury mají jedinečné vlastnosti, jako je snadná programovatelnost, syntéza a nízká toxicita. Abychom však mohli plně využít jejich potenciál, je nutné pochopit, jakým způsobem interagují s buňkami a jak je buňky přijímají.
„Dosavadní výzkumy se zaměřovaly hlavně na fyzikálně-chemické vlastnosti DNs, jako je jejich tvar, velikost či povrchová úprava. Naše studie ukazuje, že klíčovou roli v tomto procesu však hraje samotná mechanika a tvar buněk, které DNs přijímají,“ uvedl Oleg Lunov, vedoucí Laboratoře biofyziky.
Tvar buněk ovlivňuje vstřebávání nanostruktur
Představte si buňky jako pružné stavební bloky, které se dokážou přizpůsobit prostředí, ve kterém rostou. Pokud se ocitnou na speciálně upravených površích s přesně danými tvary – například na kruzích nebo úzkých pruzích – mění svůj tvar tak, aby co nejlépe zapadly. To ale neovlivňuje jen jejich vzhled, ale i vnitřní strukturu (cytoskelet) tvořenou například aktinovými vlákny. Ve středu kruhových vzorů zůstávají buňky spíše kulaté s méně vyvinutými aktinovými vlákny, zatímco na okrajích se tato vlákna výrazně posilují a vytvářejí větší mechanické síly. Buňky rostoucí v pruzích se protahují jedním směrem a jejich aktinová vlákna se dokonale zarovnají podél osy pruhu.
Tato přirozená „přestavba“ buněk hraje zásadní roli v jejich schopnosti přijímat DNA nanostruktury procesem zvaným endocytóza. Čím pevnější a organizovanější aktinová vlákna buňka má, tím efektivněji DNs přijímá. To vysvětluje, proč buňky na okrajích kruhů či na úzkých pruzích, kde je aktinový cytoskelet lépe uspořádaný, dokážou DNs vstřebávat mnohem účinněji než ty, které se nacházejí ve středu kruhových vzorů. Klíčovou roli tohoto procesu potvrdily i experimenty s inhibitorem latrunculinem A, který blokuje tvorbu aktinových vláken – po jeho aplikaci schopnost buněk přijímat DNs téměř vymizela, což jasně ukazuje, že mechanické síly tvořené aktinovým cytoskeletem hrají v tomto procesu zásadní roli.
„Výsledky jsou skvělým příkladem inovativního přístupu a precizní experimentální práce. Pokud se podaří tento princip přenést do klinické praxe, DNA nanostruktury by mohly sloužit nejen jako nosiče léčiv, ale také jako nástroje pro různé biomedicínské aplikace,“ uvedl Alexandr Dejneka, vedoucí Sekce optiky.
Nové možnosti v cílené léčbě
Díky rozdílným mechanickým vlastnostem buněk lze DNA nanostruktury navrhnout tak, aby byly cíleně doručovány do buněk s konkrétní morfologií. To by mohlo mít obrovský dopad například v léčbě rakoviny, kde se nádorové buňky od zdravých buněk liší nejen geneticky, ale i mechanicky.
Více o problematice DNA nanostruktur se dočtete v tomto textu k souhrnným znalostem z této oblasti a v tomto textuk ovlivňování funkce lyzozomů v buňkách s využitím platformy na bázi DNA nanostruktur.