Virosomi: stara oblika, nova vsebina

Virosomi: stara oblika, nova vsebina

Anastasia Alekseeva, Alexandra Neumestova, Marina Zenkova
"Science Firsthand" št. 4 (75), 2017

Narava je ustvarila veliko bioloških nanodevcev in nanomahinov, katerih elemente je mogoče reprogramirati za reševanje problemov sodobne biologije in medicine. Eno od področij njihove uporabe je biofarmacevtika. Molekule beljakovin, DNA, RNA in njihovi kompleksi se uspešno uporabljajo za izdelavo terapevtskih zdravil in cepiv. To je osnova prihodnjega zdravila, ki bo temeljila na uporabi inteligentnih zdravil, ki selektivno delujejo na povzročitelje infekcij ali na biopolimere, ki določajo delovanje človeških celic.

O avtorjih

Anastasia Alekseeva – podiplomski študent, zaposlen v Laboratoriju za biokemijo nukleinskih kislin na Inštitutu za kemijsko biologijo in temeljno medicino sibirskega podružnice Ruske akademije znanosti (Novosibirsk), avtor in sodelavec 4 znanstvenih člankov.

Alexandra Ilyinichna Neumestova – podiplomski študent, zaposlen v Laboratoriju za biokemijo nukleinskih kislin Inštituta za kemijsko biologijo in temeljno medicino sibirskega podružnice Ruske akademije znanosti (Novosibirsk).

Marina Arkadevna Zenkova – doktor bioloških znanosti, profesorVodja laboratorija za biokemijo nukleinskih kislin na Inštitutu za kemijsko biologijo in temeljno medicino sibirskega podružnice Ruske akademije znanosti (Novosibirsk). Avtor in soavtor 252 znanstvenih člankov in 18 patentov.

Virusi so kot najpomembnejši in dobro preučeni razred bioloških nanoobjektov že našli aplikacijo v uporabni medicini in vseh vrstah osnovnih raziskav. Z modificiranjem virusnih genomov znanstveniki pridobijo infektivne snovi, ki selektivno okužijo rakave celice; "oslabljeni" virusni delci se uporabljajo kot živa cepiva; bakteriofagi (virusi bakterij-morilcev) se v kmetijstvu, medicini in živilski industriji uporabljajo kot zdravila proti okužbi. Na osnovi genetskega materiala virusov so bili razviti biotehnološki sistemi za proizvodnjo velikih količin beljakovin v bakterijah in celičnih kulturah. Elementi virusne strukture se vse pogosteje uporabljajo za izdelavo analitskih naprav, materialov za elektroniko in sredstev terapije.

Razširjena uporaba virusov je posledica njihove edinstvene strukture in načina življenja: so popolnoma inertni zunaj telesa gostitelja in nimajo celične strukture.Struktura njihovega genoma je zelo raznolika: virusi lahko vsebujejo eno ali več molekul RNK ali DNK, ki imajo lahko linearno, krožno ali segmentirano obliko.

Izvaja vlogo celičnega jedra, ki ščiti genom virusa kapsidsestavljena iz strukturnih proteinov in encimov. Več sofisticiranih virusnih delcev imajo lahko dodatne lupine – supercapsid. Te lipoproteinske strukture vključujejo glikoproteini – beljakovine, ki interagirajo s receptorji celične površine, kar zagotavlja penetracijo virusov v okuženo celico. Virus lahko vsebuje več kot eno vrsto glikoproteina, na primer virus gripe ima dva: hemaglutinini in nevraminidaza.

Na površini lipidne membrane virusa gripe se nahajajo dve vrsti glikoproteinov – hemaglutinini in nevraminidazi. Delec virusa se veže na celico z oblikovanjem kompleksa med molekulami hemaglutinina in sialne kisline na površini celice, nato pa prodre skozi celjenje skozi endocitozo – membransko invaginacijo in nastajanje mehurčkov. Sproščanje virusne RNK iz vezikule pride, ko se pH znotraj nje zmanjša na vrednost 5,0.Posledično se virusna membrana zlomi z endosomno membrano in genetski material pride ven in prodre v celično jedro. Avtor: (Ryabchikova, 2009)

Selektivna penetracija virusov v celice igra pomembno vlogo pri njihovem preživetju. Virion je pritrjen le na "primerno" celico, ki lahko zagotovi njegovo razmnoževanje. Vdor virusov v celico se lahko pojavi v različnih scenarijih. Na primer virus humane imunske pomanjkljivosti (HIV-1), ki okuži celico, združuje membrano s plazemsko membrano celice in takoj vstopi v citoplazem. Alternativna metoda, ki uporablja virus gripe endocitoza, enega od naravnih procesov, ki jih celica uporablja pri zajemanju snovi iz okolja.

Naravni nanokontainerji

Virosomi se lahko uporabljajo kot posode za dajanje zdravil celicam. Znano je, da pogosto terapevtski potencial zdravil, ki jih kažejo v smislu "cevke", ni vedno mogoče v celoti uresničiti v telesu zaradi težav, ki jih prenašajo v celice ali prezgodnje razgradnje v krvnem obtoku. Za reševanje teh težav so se skušali uveljaviti liposomi – umetne lipidne vezikle pa za proizvodnjo trajnostnih liposomov, ki lahko vplivajo le na določene celice, se še niso naučili.

Torej je bila zamisel ta problem rešena z virozo – virusni delci, ki se sproščajo iz genskega materiala, vendar vsebujejo površinske glikoproteine. Takšni delci imajo pomembno lastnost: ohranjajo sposobnost, da se selektivno vežejo na določene celice, prinaša njihovo vsebino.

Za proizvodnjo virozoma delci virusa razgradijo v njihove sestavne dele z uporabo neionskih detergentov, ki učinkovito uničujejo medlipidne in lipidno-proteinske vezi in praviloma ne motijo ​​strukture beljakovin. Genetski material virusa odstranimo iz raztopine s centrifugiranjem visoke hitrosti (približno 100.000 g). Pri odstranjevanju detergenta iz preostale raztopine se virusna ovojnica sam sestavi, pri čemer ohranja originalni niz beljakovin. Za vključitev v zdravilo virosome se doda raztopini za odstranitev detergenta. Eden od pristopov za vključitev makromolekul je izvedba več ciklov zmrzovanja in odmrzovanja s virozomom, pri katerem je material ujet iz raztopine.Lahko spremenite lipidno membrano virosoma (na primer z vnosom holesterola), ki poveča njegovo stabilnost ali dodaja, da naslavlja molekule

Možnost prenašanja zdravila z uporabo virosoma je bila prikazana na primeru zatiranja sinteze proteinov virusa hepatitisa C pri živalih. V virozomi, narejeni na podlagi Sendai virus, sklenili kratke kroglaste RNA, ki lahko zavirajo proizvodnjo proteina virusa hepatitisa C v okuženih celicah. Zaradi intravenske uporabe tega zdravila je bilo mogoče učinkovito zmanjšati količino viralnega proteina v študiji v jetrnih celicah bolnih miši (Subramanian et al., 2009).

V nekaterih primerih je treba virozome "reprogramirati" tako, da jih usmerite na določene vrste celic. Ta naloga postane še posebej nujna, ko gre za dostavo zdravil, ki povzročajo celično smrt. V tem primeru napake niso dovoljene.

Glikoproteine ​​virusa gripe lahko zavre s polietilenglikolom, po katerem se lahko pritrdijo proteini, ki se lahko specifično vežejo le na določene vrste rakavih celic.V takem položaju virozo bodo svojo vsebino dostavili le v te ciljne celice. Primer uspešne spremembe specifičnosti virozo je "reprogramiranje" virusov na osnovi virusa gripe do učinkovite fuzije s celicami karcinoma na jajčnikih (Mastrobattista et al., 2001).

Varna cepiva

Virosomi, ki nosijo ali na njihovi površini antigeni (strukturne komponente patogenih mikroorganizmov, ki povzročajo imunski odziv v telesu), lahko igrajo vlogo cepiv in prispevajo k kopičenju celic T in B v limfocitnih celicah v telesu prejemnika. Za razliko od "živih cepiv", ko se v prejemnik injicirajo oslabljeni virusni delci z inaktiviranim genskim materialom, cepljenje z virozomi ne pomeni nevarnosti, da bi naključno okužili pacienta.

Najpogosteje so preparati cepiva na osnovi virozoma izdelani iz virusa gripe. Razlog je sposobnost njegovih proteinov hemaglutinina, da se vežejo na molekule sialne kisline na površini antigen-predstavitvenih celic imunskega sistema. Glavna naloga teh celic je zajemanje in predstavljanje tujih beljakovin v limfocitih, ki so odgovorni za razvoj imunskega odziva in posledično tvorbo imunskega spomina v telesu.Če virozom vsebuje takšen tuji antigen, bo vstopil tudi v celice, ki predstavljajo antigene, in v organizmu se lahko oblikuje obramba trajnega patogena. Na sliki – variante namestitve antigenov v virozome na osnovi virusa gripe: a – znotraj virozoma;b – v kombinaciji s hemaglutinini; v – adsorbirano na membrani; g – potopljena v lipidni sloj

Virozo je mogoče uporabiti ne le za preprečevanje, temveč tudi za zdravljenje takšnih bolezni, kot je na primer hepatitis C. Citotoksični CD 8 naj bi imel glavno vlogo pri boju proti tej okužbi.+ T-limfociti: te celice so "profesionalni morilci" znotrajceličnih parazitov, nedostopne sistemu humoralne imunitete. "Videti" antigen na membrani antigen-predstavitvenih celic, CD 8+ T-limfociti sodelujejo z njim s svojimi receptorji, nato pa zorijo, aktivirajo in uničijo okužene celice. Za aktiviranje imunskega odziva T-celice mora antigen vstopiti v celice, ki predstavljajo antigene, virozo pa lahko igrajo vlogo svojega nosilca (Zubrrigen & Gluck, 1999).

Pri izdelavi virozomov proti virusu hepatitisa C so raziskovalci predlagali veliko bolj učinkovito metodo za vključitev makromolekul,kot z uporabo detergentov, ki jim sledi zamrznitev. Po tej metodi se antigen najprej vnese v liposom. Za to so lipidi "posušeni" v stanje "suhega filma", nato pa so hidrirani ("namočeni") v prisotnosti antigena. Posledično se lipidni veziki, ki vsebujejo želeni antigen, tvorijo s samonastavitvijo (1). Virusomi nastajajo iz virusnih delcev, ki uporabljajo neionske detergente, vključno s površinskimi proteini hemaglutinina dveh sevov virusa gripe, X-31 in A / Sing, ki imajo drugačno temperaturno območje aktivnosti (2). X-31 je aktiven pri nizkih temperaturah (<20 ° C) in se lahko spoji z liposomi, na površini katerih je sialična kislina odsotna. To tvori himerni konstrukt, ki vsebuje antigen (3). Hemaglutinini A / Sing, aktivni pri temperaturah nad 25 ° C, zagotavljajo fuzijo kimerne viroze z membrano antigen-predstavitvenih celic v telesu (Amacker et al., 2005)

Virozo lahko uporabljate kot cepiva ne samo proti virusom, temveč tudi drugim povzročiteljem bolezni. Tako pri miših protitelesa proti povzročitelju malarije po uvedbi viroze na osnovi virusa influence prenašajo na površinske sintetične peptide, ki ustrezajo fragmentom plazmodijevih proteinov (Okitsu et al., 2008).Učinkoviti preparati cepiva so bili razviti na osnovi virosoma, ki vsebujejo toksine difterije in tetanusa. Primerjava učinkov takih zdravil in toksoidi (toksini, ki povzročajo imunski odziv, vendar ne kažejo toksikoloških lastnosti in ne uporabljajo kot tradicionalna cepiva proti davici in tetanusu) je pokazala, da se v prvem primeru protitelesa nabirajo bolj učinkovito (Zubrrigen & Gluck, 1999).

Virozomi se lahko uporabljajo tudi za imunoterapijo onkoloških bolezni – dobava antigenov, povezanih z rakom, v obliki plazmidne DNA ali kratkih peptidov v tumor. Taki virozoi lahko aktivirajo celice imunskega sistema še bolj učinkovito kot antigen v svoji naravni obliki. V eksperimentih na živalih je bilo dokazano, da antigen, specifičen za melanomske celice Melan-A, dostavljene v virozome na osnovi virusa gripe, uspešno prodre v plazemske dendritične celice imunski sistem (populacija antigenov krvnih celic). Rezultat je bolj učinkovita aktivacija T celic, ki lahko uničijo rakave celice kot z uvedbo prostega peptida.Zdi se, da je ta učinek posledica dobro zaščitenega antigena v virozomi (Angel et al., 2007).

Uporaba virosoma pri zdravljenju človeških in živalskih bolezni ima velike prednosti, pri čemer so glavne netoksične in združljive z večino zdravil. Poleg tega lipidna membrana zagotavlja zanesljivo zaščito materiala v virozome pred prezgodnjo razgradnjo. S pomočjo virosoma posredovane terapije so bili doseženi zelo obetavni rezultati. Nekatera zdravila, ki temeljijo na njih, predvsem cepiva, so na različnih stopnjah predkliničnih in kliničnih preskušanj. To so intranazalna cepiva proti virusu influence, cepiv proti RSV-virusu, okužba s HIV.

Primer komercialno dostopnih virozomskih cepiv je Inflexal, izdelan v Švici, ki je virozom, ki vsebuje antigene proti virusom influence A in B. V zadnjem desetletju je Švica, ki zaseda vodilno mesto pri številu sredstev, vloženih v raziskave in razvoj zdravil na osnovi virozoma.

Med domačimi analogi virozomskih cepiv proti virusu gripe je treba omeniti cepivo Grifor, razvito na osnovi NPO Microgen (Moskva) in uradno odobreno za medicinsko uporabo v Ruski federaciji leta 2008. Domače cepiva proti influenci so zdravila Ultrix, učinkovito v zvezi s prašičjo gripo (Shamsheva et al., 2014).

Danes na svetu obstaja več skupin, vključenih v dobavo terapevtskih nukleinskih kislin, vključno z majhna moteča RNA (siRNA) v celice sesalcev z uporabo virozo (de Jonge et al., 2006). Glavne težave pri pripravi takšnih virozomskih zdravil so povezane z učinkovitostjo vključitve zdravila v sestavo virozoma in ciljno dostavo nekaterih vrst celic. Danes se na Inštitutu za kemijsko biologijo in temeljno medicino sibirskega podružnice Ruske akademije znanosti (Novosibirsk) ukvarja s pridobivanjem standardnih kakovostnih virozo s stabilnimi lastnostmi, vključno s tistimi, ki lahko usmerijo dostavo terapevtskih nukleinskih kislin.Metode so že razvite za vključitev teh makromolekul v ovojnice virusa (Vlasov in ostali, 1988, 1989). V prihodnosti je načrtovana izdelava virosozalnih pripravkov, ki vsebujejo terapevtske nukleinske kisline in ocenijo njihov vpliv na različne vrste človeških rakavih celic.

Literatura
1. Vlasov V. V., Ivanova E. M., Krendelev Yu. D., et al. Sendai virusne lupine in senčki eritrocitov – membranski transporterji za uvajanje reaktivnih derivatov oligonukleotida v celice // Biopolimeri in celica. 1989. Vol.5. No. 4. S. 52-58.
2. Vlasov V. V., Krendelev Yu. D., Ovander M. N., et al. Učinkovita metoda vključitve DNA v rekonstruirane ovojnice pošasti Sendai // Biopolimeri in celica. 1988. Vol.4. No. 5. S. 250-254.
3. Shamsheva OV, Rtishchev A. Yu. Ultriks – domace cepivo nove generacije // Pediatrija. 2014. Vol 93. No. 6. P. 121-124.
4. Angel J., Chaperot L., Molens J. et al. Virosomsko posredovane celice plazmacitoidnih dendritičnih celic // Cepivo. 2007. V. 25. P. 3913-3921.
5. de Jonge J., Holtrop M., Wilschut J. et al. Restavrirane RNA Genska terapija. 2006. V. 13. P. 400-411.
6. Okitsu, S.L., Mueller, M. S., Amacker, M. et al. Sek. Človeška cepiva. 2008. V. 4. N. 2. P. 106-114.


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: