Srušila dogmu s tanične biologije

Nanotehnologija je u posljednje vrijeme umiješala svoje prste i u stvaranje molekularnih spojeva na posve novoj razini. Kao glavni motiv poslužila je priroda, koja je, slažu se i vodeći svjetski istraživači, vrlo pametan kemičar. Umjesto mjehurića reaktanata koji bi se trebali pretvarati u molekularne spojeve, ona upotrebljava stanične strojeve kao što su enzimi i ribosomi, koji grade molekule korak po korak. Znanost je prirodnu stvarnost popravila do te mjere da je otvorila mogućnost stvaranja umjetnih ribosoma, čime je preskočeno 2,5 milijardi godina evolucije i praktično su stvoreni svi uvjeti da posebni nanostrojevi postanu tvornice proteina u kojima se, na primjer, mogu proizvoditi antibiotski lijekovi na bazi penicilina.

Kako ribosomima pridružiti aminokiseline gdje, primjerice, dio ribosoma ‘čita’ lanac RNK (ribonukleinske kiseline), a drugi dio pokupi potrebne aminokiseline, jedan je od temeljnih problema s kojima se sreću istraživači. Odgovor je, čini se, pronašao profesor David Leigh sa Sveučilišta u Manchesteru u Velikoj Britaniji sa svojim kolegama koristeći se prstenom u obliku molekula sastavljenim od lanca malih molekula. Dodavanjem kiseline u sustav on ga pokrene kako bi se prsten mogao kretati svojom stazom. Prsten susreće na svom putu aminokiseline i katalizator stavlja svaku aminokiselinu na vrh prethodne stvarajući kratki peptid.

• To izgleda jednostavno, ali je mnogo složenije nego što ljudi misle. Posebice je teško dodavanje aminokiseline, a umjetni ribosom mnogo je sporiji nego pravi jer treba čak 12 sati da pokupi jednu aminokiselinu u odnosu na 20-ak sekundi za koliko to postižu pravi ribosomi – kaže Leigh.

Za razliku od tih istraživanja, neka slična koriste se tzv. DNK šetačima za izgradnju proteina i lanaca peptida, ali ti postupci nisu do kraja kontrolirani poput najnovijih, u kojima se cijeli molekularni sustav gradi poput građevnih blokova za gradnju kuća. Strojem koji je stvorio Leigh može se koristiti i kao proizvodnom linijom za lijekove poput antibiotika penicilina, koji se temelji na tripeptidima s tri povezane aminokiseline. Proizvodnja lijekova na taj način bila bi daleko učinkovitija nego što je to sintetiziranje upotrebljavano klasične laboratorijske tehnologije. Stručnjaci u svojim vizijama već danas vide velike nanotvornice u kojima bi se na taj način proizvodili daleko jeftiniji lijekovi nego danas.

Gotovo u korak s tim istraživanjima idu i istraživači na Massachusetts Institute of Technology (MIT) u SAD-u, koji su dizajnirali nanočestice koje proizvode proteine kada utruljubičasto (UV) svjetlo sja na njih. Već su osmislili i projekt stvaranja ‘nanotvornice’ u kojoj bi se proizvodili lijekovi na bazi proteina koji bi se upotrebljavali za borbu protiv tumorskih stanica u organizmu. Cijeli je projekt već objavljen na stranicama MIT-a, uz naznaku da proteinski lijekovi koji se bore protiv tumora već postoje, ali su ograničeni činjenicom da ih tijelo razgrađuje prije nego što mogu doći do svojeg odredišta. Zbog toga su ubrzana istraživanja kojima bi se pomoću nanotehnologije postigla veća efikasnost terapije na staničnoj razini.

Jedna od najnovijih studija dolazi sa Sveučilišta Northwestern u Americi, u kojoj je opisano kako upotrijebiti neopasne bakterije kao ‘ruksak’ pomoću kojeg posebne nanočestice, perle i druge nanostrukture dolaze do ciljanih mjesta u ljudskom tijelu. Tamo su već razvili posebne nanočestice koje mogu isporučiti lijek izravno u jezgru stanice tumora. Osnovna ideja s MIT-a je da se nanočestice, kada dođu na svoje odredište, obasjavaju jakim UV svjetlom, čime se pretvaraju u tvornice bjelančevina stvarajući molekule lijekova na mjestu gdje su potrebne. Posebice je važno da bi se njima mogle napadati i stanice tumora koje su već metastazirale i koje su uzrok devet od deset slučajeva smrti.

• Željeli smo samo koristiti se strojevima koji su već dokazano vrlo učinkoviti. Ribosomi su se u prirodi usavršavali milijardama godina i postali su najbolji stroj za proizvodnju proteina – kaže jedan od prvih autora u istraživanju, Avi Schroeder iz laboratorija Langer.

Sva je tajna u samookupljanju nanočestica koje se koriste lipidima kao vanjskom školjkom s ribosomima, aminokiselinama i enzimima potrebnim za sintezu proteina. I, naravno, moraju se uključiti DNK sekvence. Predstavljajući taj svoj koncept, on je naglasio i da je to ‘prvi dokaz koncepta koji može sintetizirati nove spojeve iz inertnih materijala i to unutar tijela’. Čestice se mogu upotrebljavati za isporuku malih proteina koji napadaju stanice tumora, a na kraju dolaze veliki proteini poput antitijela kojima se aktivira imunološki sustav za uništenje tumora. Zadatak nanočestica je stvaranje proteinskih tvornica i oslobađanje posebnoga kemijskog spoja nazvanog DMNPE, koji se oslobađa prilikom izlaganja UV svjetlu. Stručnjaci su već napravili niz pokusa s miševima i svi su pokazali da se proteini proizvode kad su jednom izloženi UV svjetlu. Naravno, jedna je stvar testiranja pa makar i uspješno na životinjama, a sasvim drugo je primjena na ljudskom organizmu. Zbog toga tek slijedi pravi sustav testiranja s ljudima, koji bi trebao pokazati je li moguće isporučiti terapeutske proteine na takav način i ljudima.