Figur överst:Genom sammontering, två komponenter av lipidtyp bildar nanopartiklar i vatten som har ett mycket stort antal olika kontaktpunkter (visas i blått och grönt; vänster). Som ett resultat av att många olika kontaktpunkter interagerar samtidigt med proteinet (visas med violett), en särskilt hög grad av selektivitet förekommer ("heteromultivalency", höger). Bild längst ner:Via deras kontaktpunkter (grön och blå), nanopartiklarna binder amyloiderna - här, specifikt, amyloid-beta 42 (violett), och därmed förhindra deras aggregering. Bindning sker via motsvarande kontaktpunkter på amyloiden ("Y" och "K"; vänster). Kredit:University of Münster - Bart Jan Ravoo
En ny metod för att selektivt binda proteiner till nanopartiklar har beskrivits av ett team av tyska och kinesiska forskare under ledning av prof. Bart Jan Ravoo, en kemist vid universitetet i Münster (Tyskland). Nanopartiklarna känner automatiskt igen specifika peptider, dvs små proteiner, och ingå en mycket selektiv bindning med dem. Bland de modellpeptider som forskarna undersökte fanns amyloider. Avlagringar av amyloider spelar en stor roll vid Alzheimers sjukdom, till exempel, så forskarna hoppas att den mekanism de har upptäckt kan ge ett nytt tillvägagångssätt för att behandla sjukdomar där sådana avlagringar förekommer. Studien har publicerats i senaste numret av Naturkemi.
Interaktionen mellan proteinmolekyler eller mellan dem och andra biomolekyler spelar en stor roll i väldigt många fysiologiska processer. I detta sammanhang, molekylär igenkänning innebär bindning av proteiner genom flera kontaktpunkter i nanoskala på proteinets yta. Vanligtvis, väldigt många av dessa punkter är inblandade, resulterar i en unik, exakt och kompletterande kontaktyta. Mekanismen dessa proteinmolekyler binder beskrivs därför som en "nyckel-och-lås-princip". Forskarna har nu beskrivit en metod för att producera sådana kontaktytor på nanopartiklar så att utvalda proteiner kan målinriktas och bindas.
Sammontering och "heteromultivalency"
Det nya med metoden är att den bygger på principerna om sammontering och så kallad heteromultivalitet. Sammontering innebär att nanopartiklarna inte – som annars är vanligt – produceras som ett resultat av komplex och skräddarsydd kemisk syntes. Istället, forskarna producerar dem med en relativt enkel metod där två lipid-typ ("fettiga") komponenter blandas i vatten och spontant bildar de nanopartiklar som krävs. Dessa partiklar är adaptiva, dvs de ändrar sin inre struktur och uppnår därmed optimal bindning till målproteinet. "Heteromultivalens" betyder att nanopartiklarna bildar ett mycket stort antal olika beröringspunkter som, på samma gång, interagerar med proteinet. Efter exemplet med naturliga fysiologiska processer, en särskilt hög selektivitet uppstår således.
"Än så länge, denna princip om heteromultivalitet i synnerhet har knappt undersökts i detalj eller utnyttjats, ", säger Bart Jan Ravoo. "Vi beskriver ett helt nytt tillvägagångssätt som kommer att göra det möjligt att utveckla ytterligare syntetiska proteinbindare. Detta kan övervägas för användning i diagnostik eller bildbehandling - eller som potentiella aktiva ingredienser i läkemedel." Forskarna har visat att nanopartiklarna binder med amyloider och, som ett resultat, lösa upp aggregat av dessa peptider. Förekomsten av amyloidaggregat är nära förknippad med utvecklingen av Alzheimers. Det är därför den nya metoden kan ge ett tillvägagångssätt för att utveckla nya typer av behandling. Det är ännu inte klarlagt, dock, om amyloidaggregaten verkligen orsakar Alzheimers eller är, snarare, ett resultat av sjukdomen. Dessutom, den nya metoden för att lösa upp aggregaten har endast prövats i ett provrör. Ytterligare studier är därför nödvändiga för att tydligare bedöma dess potential som behandlingsmetod.
Metoden
Forskarna använde amfifil, vattenlösliga cyklodextrin- och kalixarenmolekyler som sammonteringskomponenter för nanokontaktpunkterna. De undersökte bindningen av de resulterande nanopartiklarna till peptiderna, med användning av till exempel fluorescensspektroskopi. De använde elektronmikroskopi för att påvisa bindning till amyloiderna.
