Исследователи изменили аминокислотную последовательность пептида цистинового узла — узелтина — полученного из семян брызгающего огурца, растения, произрастающего в Европе, Северной Африке и некоторых частях Азии. Пептиды — это короткие цепочки аминокислот, которые являются неотъемлемой частью клеточных процессов; Пептиды узловтинов отличаются своей стабильностью и устойчивостью к разрушению.Команда использовала свое изобретение как «молекулярный фонарик», чтобы отличать опухоли от окружающей здоровой ткани.
После введения своего биоинженерного узла в кровоток мышей с медуллобластомами исследователи обнаружили, что пептид плотно прилипает к опухолям и может быть обнаружен с помощью высокочувствительной цифровой камеры.Результаты описаны в исследовании, которое будет опубликовано в Интернете 12 августа в Proceedings of the National Academy of Sciences.«Некоторое время исследователи интересовались этим классом пептидов», — сказала Дженнифер Кокран, доктор философии, доцент кафедры биоинженерии и старший автор исследования. «Они чрезвычайно стабильны.
Например, вы можете кипятить некоторые из этих пептидов или подвергать их воздействию агрессивных химикатов, и они останутся нетронутыми».Это делает их потенциально ценными для молекулярной медицины.
Knottins можно использовать для доставки лекарств в определенные участки тела или, как продемонстрировали Кокрэн и ее коллеги, как средство освещения опухолей.
В лечебных целях очень важно получить точные изображения медуллобластом. В сочетании с химиотерапией и лучевой терапией опухоли часто лечат хирургической резекцией, и их может быть трудно удалить, оставив при этом здоровую ткань нетронутой, потому что их края часто нечеткие.«При опухолях головного мозга вам действительно нужно удалить всю опухоль и оставить как можно больше непораженных тканей», — сказал Кокран. «Эти опухоли могут очень агрессивно возвращаться, если их не удалить полностью, а их расположение делает возможным когнитивное нарушение при взятии здоровой ткани».Молекулярный фонарик исследователей работает, распознавая биомаркеры опухолей человека.
Биоинженерный узелтин конъюгирован с красителем для визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне. При введении в кровоток линии мышей, у которых развиваются опухоли, подобные медуллубластомам человека, пептид прикрепляется к рецепторам интегрина опухолей головного мозга — липким молекулам, которые способствуют адгезии к другим клеткам.
Но в то время как узелки прилипали к опухолям, как клей, они быстро выходили из здоровых тканей. «Итак, опухоли головного мозга мышей очевидны», — сказал Кокран. «Они прекрасно отличаются от окружающей мозговой ткани».По словам Мелани Хайден, доктора медицины, нейрохирурга Стэнфордского центра опухолей мозга и ведущего автора статьи, новый пептид представляет собой крупный шаг вперед в технологии визуализации опухолей.
В наиболее распространенной современной технике используется высококонтрастный краситель, который вводится внутривенно незадолго до или во время операции. Опухоли абсорбируют часть красителя и могут быть идентифицированы с помощью магнитно-резонансной томографии.
«Но у этого есть ограничения», — сказал Хайден. «Когда вы используете краситель и МРТ, вы в основном работаете со снимком. И мозг может иногда смещаться во время операции, поэтому всегда есть вероятность, что вы не окажетесь именно там, где хотите быть. Большое преимущество Этот новый подход заключается в том, что вы освещаете опухоль в реальном времени — вы видите ее прямо под вашим прицелом, а не полагаетесь на изображение, которое было сделано ранее ». Следующим важным шагом будет перевод этих результатов с мышей на пациентов-людей.Хотя исследование команды было сосредоточено на медуллобластомах, Хайден сказал, что, вероятно, новые узлы могут оказаться полезными при лечении других видов рака.
«Мы знаем, что интегрины существуют во многих типах опухолей», — сказала она. «Кровеносные сосуды, которые опухоли развивают, чтобы поддерживать себя, также содержат интегрины. Таким образом, это может обеспечить очень подробные изображения в реальном времени для самых разных опухолей».И визуализация может быть не единственным применением пептида, созданного командой.
«Мы очень заинтересованы в связанных возможностях», — сказал Кокран. «Мы представляем себе варианты доставки молекул в мозг, которых у нас раньше не было». Другими словами, заменяя краситель лекарствами, узелки могут позволить доставлять терапевтические соединения непосредственно к опухолям черепа — что оказалось чрезвычайно трудным на сегодняшний день из-за гематоэнцефалического барьера, механизма, затрудняющего проникновение патогенов и других патогенов. а также лекарства для перехода от кровотока к мозгу.«Мы изучаем это сейчас», — сказал Кокран.По словам Сара Мур, недавно окончившего аспирантуру по биоинженерии и еще одного ведущего автора исследования, в разработке пептида была задействована небольшая интуиция.
Действительно, близость лаборатории Кокрана к соавтору лаборатории Мэтью Скотта в Стэнфордском Центре Джеймса Х. Кларка послужила катализатором этого проекта. «Наши лаборатории расположены рядом друг с другом, — сказал Мур. «У нас был пептид, а у Мэтта были идеальные модели опухолей головного мозга у детей — мышей, у которых опухоли развиваются аналогично человеческим медуллобластомам. Наше партнерство выросло из этого».Скотт, доктор философии, профессор биоинженерии и биологии развития, считает, что дизайн Центра Кларка внес вклад в проект. В здании находится Стэнфордский отдел биоинженерии, созданный в сотрудничестве между Школой инженерии и Школой медицины, а также Stanford Bio-X, инициатива, которая поощряет общение между исследователями в различных научных дисциплинах.
«Так что, в самом прямом смысле, наш проект не был случайностью», — сказал Скотт. "На самом деле, это именно та работа, которую должен был развивать Центр Кларка. Лабораторные помещения широкие и открытые, с очень небольшим количеством стен и большим количеством стекла.
У нас есть ресторан, в котором есть только большие столы — столиков на двоих нет. , поэтому люди должны сидеть вместе. Все создано для увеличения шансов, что люди будут встречаться и разговаривать. Это действительно эффективная форма социальной инженерии ».
Скотт сказал, что доволен сотрудничеством, которое привело к прорыву команды, и заметил, что пептид оказался прямым благом для его собственной работы. Около 15 процентов мышей Скотта развивают опухоли, необходимые для исследования медуллобластомы. По его словам, проблема в том, что на ранних стадиях рак загадочен.«К тому времени, когда вы узнаете, что у мышей они есть, многие вещи, которые вы хотите изучать, — генезис и развитие опухолей — уже в прошлом», — сказал Скотт. «Нам нужны были способы раннего обнаружения этих опухолей, и нам нужны были методы, чтобы проследить этапы возникновения опухоли».
В конечном счете, заключил Скотт, разработку нового пептида можно отнести к давним традициям Стэнфорда — открытости и неустанным исследованиям.«Здесь вы обнаруживаете не просто желание, но и желание обмениваться идеями и информацией», — сказал Скотт. «Он превосходит любой инстинкт конкуренции, любой импульс к собственному мышлению.
Это то, что делает Стэнфорд — ну, Стэнфорд.