Протеиновая корона

Белковая корона представляет собой динамическое покрытие биомолекул , обычно белков, вокруг поверхности наночастицы , которая спонтанно образуется в коллоидных наноматериалах при воздействии биологических сред. Белковые короны могут образовываться во многих различных паттернах в зависимости от их размера, формы, композиции, заряда и поверхностных функциональных групп и обладают свойствами, которые варьируются в различных факторах окружающей среды, таких как температура, pH, стресс сдвига , состав погруженного среды и время воздействия. Эти покрытия также изменяются в соответствии с условиями биохимических и физиохимических поверхностных взаимодействий. Известно, что виды белковых коронов разделены на две категории: «жесткие» и «мягкие». «Твердные» короны имеют белки с более высокой аффинностью, которые необратимо связаны с поверхностью наночастиц, в то время как «мягкие» короны имеют белки с более низким аффинностью на поверхности наночастиц, которые обратимо связаны. Эти обратимо связанные белки позволяют биомолекулам в «мягких» белковых коронах обменять или отделить с течением времени на различные применения. Этот процесс определяется межмолекулярными белковыми наночастицами и белковыми белковыми взаимодействиями, которые существуют в растворе. В «мягких» белковых коронах часто наблюдает за обменом белков на поверхности; Более крупные белки с более низким сродством часто будут агрегировать на поверхность наночастицы сначала, и со временем их меньшие белки с более высокой аффинностью заменят их, «укрепляя» корону, известную как эффект vroman .

Факторы, влияющие на формирование

Известно, что множественные физико -химические и биохимические факторы влияют на образование и состав белковых коронов. Многие предыдущие исследования были сосредоточены на понимании этих процессов и о том, как их можно использовать.

Состав белка и концентрация

Чтобы определить, как состав белка и концентрация влияет на белковые короны, одно исследование инкубировало наночастицы кремнезема в плазменной среде в течение 1 часа и наблюдало образование короны. Они обнаружили, что белки легко адсорбируются на поверхности кремнезема и экспрессируют себя разными паттернами в зависимости от количества плазмы, присутствующей в инкубированной среде. Эксперимент проводился с 3%, 20%и 80%плазмой, и было обнаружено, что в случае плазмы, где существует гораздо более высокая концентрация белков с низким аффинностью, чем белки с высоким аффинностью, белки с низким аффинностью имел тенденцию заменить белки с более высокой аффинностью на поверхности наночастиц из-за их более высокого содержания в плазме. Из подобных исследований ясно, что белковая корона может быть значительно изменен, в зависимости от веса и сродства биологических молекул в конкретной среде.

СМИ экспозиция

Другим важным фактором, который влияет на белковое короны, является время воздействия или количество времени, которое наночастица, покрытая белками, подвергается воздействию жидкости. Поскольку хорошо известно, что мгновенно при введении наночастиц в биомолекулярную среду образуется белковая корона на ее поверхности, одно исследование, подвергшиеся наночастицам, биологическим жидкостям, таким как плазма человека, и наблюдалось, как длина воздействия этих средств может влиять на образование Корона. После всего лишь 30 секунд взаимодействия почти 300 белков были обнаружены адсорбирующей средством на поверхности наночастиц, и большинство этих молекул имели низкую аффинность (фармакология) и большую молекулярную массу. Через 1 минуту или более воздействия наблюдались различные паттерны белка короны, и из обнаруженных белков большинство из них имели более высокую аффинность и меньшую молекулярную массу, что согласуется с эффектом vroman. Таким образом, длина времени воздействия наночастиц на биологическую жидкость может значительно изменить состав и паттерны белковой короны.

В дополнение к времени воздействия является фактором сдвигающих сил. В прошлом исследователи изучали взаимодействия белконаночастиц в очень статических условиях, чтобы можно было легко контролировать переменные. Тем не менее, эти условия не очень репрезентативны для условий человеческого тела, где наночастицы обычно подвергаются воздействию стресса сдвига и гидродинамической жидкости. Таким образом, эксперименты, которые учитывали жидкости, были необходимы, чтобы понять, как белковые короны будут терпеть в организме человека. Одно исследование показало, что жидкостный поток увеличивал биоразнообразие белковой короны и изменил его форму из -за сдвигающих сил, присутствующих в окружающей среде. Поскольку оба этих фактора имеют значение в функционализации наночастиц белковой короны, эти наблюдения доказали важность изучения белковых коронов в присутствии жидкости.

Температура

Температура также может сильно влиять на взаимодействие белка-наночастиц. Исследование, проведенное на наночастицах Cu, показало, что при температуре окружающей среды наночастиц увеличивалась с 15 ° C, 27 ° C и 37 ° C до 42 ° C, количество белка, адсорбированного на поверхности наночастиц, также увеличилось. Этот вывод был особенно интересным в усилиях по использованию белкового коронаса для лечения заболеваний, потому что при введении этих частиц в организм человека им придется существовать и функционировать при высоких температурах. У лихорадочных людей их измененная температура тела потенциально может изменить биографическое распределение и биодоступность наночастиц. Таким образом, для исследователей важно учитывать влияние температуры на белковой короны.

PH эффекты

PH окружающей среды также может влиять на образование белковой короны. Известно, что рН является важным фактором, который следует учитывать при изучении свойств и функциональности белков. pH может изменять аффинность связывания белка во взаимодействиях белка-наночастиц, тем самым модифицируя адсорбированный паттерн белка на поверхности наночастицы. При использовании для методов доставки лекарств наночастицам придется претерпевать множество различных изменений pH в пути клеточного поглощения, таких как кровь (нейтральный pH), среда для воздействия (pH 6,9-7,4), внутриклеточная жидкость (pH 6,8) и лизосомы (pH 4,5 -5) и быть в состоянии сохранить свою корону нетронутой и функциональной. Известно, что опухоли рака индуцируют кислотные микроокружения, а также содержат определенные типы белков, которые способны модифицировать белковую корону вокруг наночастиц, которые могут значительно изменить терапевтический ответ организма на молекулы лекарственного средства.

Наночастица состав

Наконец, состав самой наночастицы может влиять на образование белковой короны на ее поверхности. Различия в гидрофильной или гидрофобной природе материала наночастиц могут определять количество белков в короне. Обычно белки более легко адсорбируются гидрофобным материалам, чем гидрофильные материалы. В результате гидрофобные наночастицы с большей вероятностью вызывают агрегацию частиц и более высокую опсонизацию в организме человека, что может уменьшить системное время кровообращения в крови.

Кроме того, чтобы помочь в формировании и растворимости , наночастицы часто имеют лиганды и функциональные группы на своих поверхностях, которые действуют как «отпечатки пальцев». Отпечатки белков относятся к способности дифференцировать или идентифицировать белки с использованием лигандов и других методов. Эти отпечатки пальцев позволяют наночастицам быть адаптированными композиционными к адсорбированным специфическим белкам к их поверхностям. Шероховатость поверхности наночастиц также может играть роль в образовании белковой короны, поскольку одно исследование показало, что грубая поверхность наночастиц может минимизировать отталкивающие взаимодействия между наночастицами и частями связывающих белков, что увеличивает количество адсорбированных белков.

Приложения

Доставка наркотиков

Белковой короны можно использовать для ряда различных функций, основным является доставка лекарств . Корона, которая формируется, когда наночастицы вступают в контакт с биологической жидкостью, давно исследована, чтобы получить его потенциал для доставки важных молекул или белков лекарств в сайты потребностей в организме человека. Известно, что наночастицы обладают высокой эффективностью загрузки лекарств, а также способностью легко проходить через биологические барьеры из-за их масштабируемости нано. Их композиционная настроение позволяет контролировать их токсичность, и их можно изменить, чтобы содержать различные наборы функциональных групп, которые могут выполнять конкретные действия. Эти качества наночастиц делают их идеальными для возможностей доставки лекарств.

Основной областью исследования в сфере доставки лекарств белковой короны является изучение времени кровообращения наночастиц в организме. Чтобы оптимизировать эффективность лекарственного средства, указать место, где он доставляется и как долго он остается, может быть чрезвычайно полезно. Часто макрофаги в крови обнаруживают присутствие наночастиц и сразу же работают над их удалением из организма. Это не всегда хорошая вещь с точки зрения доставки лекарств, и поэтому были проведены исследования для продления времени циркуляции. Было обнаружено, что когда Opsonins , как и фибриноген , многочисленны в белковой короне, белки, как правило, индуцируют распознавание макрофагов и последующее потребление наночастиц. И наоборот, когда корона насыщена дизопсонинами, такими как альбумин , макрофаги показывают уменьшение распознавания частиц, и, следовательно, время циркуляции частиц значительно увеличивается. Эта техника слабо называют «эффектом скрытности». Поданяя содержимое белковой короны, продолжительность времени, которую наночастица остается в вашем организме, может контролироваться.

Как упоминалось ранее, наночастицы могут быть выращены с конкретными функциональными группами на их поверхностях, которые вызывают хемосективность . Функциональные биомолекулы, такие как трансферрин , инсулин и фолиевая кислота , обычно используются в системах доставки лекарств, нацеленных на рак. Другие меньшие молекулы, такие как ангидрид , амин , карбоксил и тиол, могут использоваться для направления наночастиц с высокой клеточной ассоциацией с эндотелиальными клетками , клетками поджелудочной железы и активированным человеческим макрофагами. Некоторые аполипопротеины , такие как Apo E, APOA1 и APOB-100, могут потенциально функционализировать наночастицы для нацеливания на нервную систему .

Еще одной более насущной проблемой с доставкой лекарств наночастиц является тенденция для наночастиц накапливаться в целевом участке или в различных органах, которые могут стать токсичными. Известно, что размер наночастиц диктует их распределение в организме, что означает, что наночастицы с разными размерами будут иметь тенденцию накапливаться в определенных органах. Следовательно, размер является очень важным контрольным фактором при рассмотрении распределения и накопления наночастиц на целевых участках во время доставки лекарств.