Ученые выявили свойства пептидных нанотрубок для адресной доставки лекарств

Компьютерное исследование структурных и физических свойств самоорганизующихся пептидных нанотрубок, чтобы определить необходимые параметры для их использования в адресной доставке лекарств, провели ученые Института математических проблем биологии (ИМПБ) РАН, 8 июня сообщает пресс-служба Минобрнауки.

Выдающиеся механические, оптические и электрические свойства пептидов — биологических макромолекул, состоящих из аминокислот, сделали их перспективными для различных приложений в микроэлектронике и медицине. Пептидные нанотрубки из аминокислоты дифенилаланин рассматриваются исследователями в качестве аналога углеродных нанотрубок.

Молекулы аминокислот и коротких пептидов способны самостоятельно самособираться в разнообразные сложные биомолекулярные наноструктуры. Особенностью таких макромолекул является их хиральность их структуры, то есть отсутствие симметричности — часть из них закручена в правую, а другая — в левую сторону.

При этом свойства правых и левых изомеров значительно отличаются, что очень важно в случае их использования для адресной доставки лекарств. Несоответствие хиральности может в лучшем случае ослабить терапевтическое действие, а в худшем — привести к нежелательным побочным эффектам.

Ученые ИМПБ РАН в своей работе исследовали с помощью компьютерной модели структурно-физические свойства пептидных нанотрубок на основе дипептида дифенилаланина с разными исходными изомерами левой и правой хиральности этих дипептидов.

Анализ структурных особенностей пептидных нанотрубок исследователи проводили с помощью разработанного ими уникального метода визуально-дифференциального анализа (ВДА), основанного на построении проекций поверхностей макромолекулярных структур.

Научный сотрудник отдела перспективных информационных технологий ИМПБ РАН, автор метода Сергей Филиппов пояснил:

«Метод визуально-дифференциального анализа позволяет рассмотреть процесс изнутри структуры. Наблюдатель как будто находится в центре нанотрубки и видит, как атомы перемещаются относительно центральной оси сложной молекулы. Но самым интересным в нашем методе, пожалуй, является трансформация сложной структурной информации — ключевой в функционировании биомакромолекул — в наглядную карту, где все видно как на ладони».

В данном исследовании ученые сначала изучили самоорганизацию и свойства право- и левоспиральных нанотрубок с пустой внутренней полостью. Так как пептидные нанотрубки выращивают в воде, то следующим этапом стало моделирование взаимодействия этих структур с водой.

Исследователи ИМПБ РАН первыми рассчитали оптимальное количество молекул воды внутри полости трубки и определили, что спиральная нанотрубка закручивает молекулы воды внутри себя также в спиральные структуры. Это является результатом их взаимодействия со значительным электрическим полем, создаваемым сильно ориентированными дипольными моментами дипептидов.

Кластеры воды внутри трубки также поляризуются и приобретают высокий дипольный момент, создавая упорядоченную структуру. Это происходит как в право-, так и в левоспиральных нанотрубках, причем кластеры воды закручиваются тоже либо в правую, либо в левую сторону.

Заведующий группой компьютерного моделирования наноструктур и биосистем ИМПБ РАН Владимир Быстров отметил, что в перспективе можно внутрь дифенилаланиновой нанотрубки вместо воды поместить, например, лекарство против рака доксорубицин. По кровеносным сосудам его можно будет доставить в нужное место и в необходимом объеме.

Результаты исследования были опубликованы в Journal of Molecular Modeling.