Белковые схемы – новая эра в лечении воспалений на клеточном уровне

Биоинженеры из Университета Райса разработали инновационную технологию, которая позволяет создавать сверхмалые белковые цепочки, функционирующие как процессоры внутри клеток человека.

Эти крошечные цепочки позволяют клеткам быстро "думать" и реагировать на маркеры заболеваний, действуя подобно встроенным в организм мини-компьютерам.

Как это работает?

Основным механизмом является фосфорилирование - естественный биологический процесс, при котором к белкам добавляется фосфатная группа для их быстрого включения или выключения.

Фосфорилирование является неотъемлемой частью клеточной сигнализации, позволяя клеткам преобразовывать сигналы внешней среды (сигналы воспаления, инфекции или опухоли) в немедленные внутриклеточные реакции.

В многоклеточных организмах каскады фосфорилирования передают сигналы посредством каскада модификаций белков, похожего на домино.

Команда биоинженеров рассматривала каждый цикл фосфорилирования как модульный "строительный блок", который может быть повторно собран в новые синтетические сигнальные пути внутри клеток. Эта модульность позволяет настраивать сложные схемы, которые контролируют реакцию клеток на определенные молекулярные сигналы.

Планируемые области применения белковых схем:

- Целенаправленная терапия рака. Программируемые схемы в опухолевых клетках или иммунных клетках могут обнаруживать специфические для рака маркеры и вызывать локальное высвобождение лекарств или активацию иммунной системы, сводя к минимуму повреждение здоровых тканей.

- Лечение аутоиммунных заболеваний. Клетки могут распознавать воспалительные сигналы и избирательно подавлять аутоиммунные реакции только во время обострений, снижая побочные эффекты по сравнению с системными иммунодепрессантами.

- Обнаружение инфекционных заболеваний и реагирование на них. Быстрое распознавание сигналов, связанных с патогенами, внутри клеток может активировать антимикробные пути или противовирусные реакции в режиме реального времени.

- Персонализированная доставка лекарств. Клетки, продуцирующие лекарства, спроектированные с помощью этих схем, могут высвобождать терапевтические молекулы именно тогда, когда это необходимо, на основе определения биомаркеров, оптимизируя дозировку и сроки.

- Метаболическая и эндокринная регуляция. Клетки могут контролировать уровень метаболитов или гормонов и соответствующим образом регулировать секрецию или метаболизм для лечения диабета или гормональных нарушений.

- Регенерация и восстановление тканей. Схемы могут контролировать дифференцировку стволовых клеток и процессы восстановления тканей, запускаемые маркерами повреждений, для улучшения заживления.

Технология находится на продвинутой стадии экспериментальных исследований оценки стабильности и возможных нежелательных клеточных реакций.