אספקה תוך תאית של חלבונים היא טכניקה חשובה לחשיפת התפקודים התאיים, מבנה תסביך החלבון וטיפולים. עם זאת, לשיטות המשלוח הקונבנציונליות יש מספר מגבלות. כדי להתמודד עם זה, חוקרים מיפן פיתחו מערכת חותמת ננו-צינורית היברידית (HyNT) חדשה שיכולה לספק חלבונים מרובים ביעילות ובשיעורי כדאיות גבוהים. מערכת זו מייצגת התקדמות פורצת דרך באספקת חלבון תוך תאי, המציעה הזרקה מדויקת של חומרים טיפוליים לתאי מטרה.
בנוף הרפואי של ימינו, רפואה מדויקת וטיפולים ממוקדים תופסים אחיזה בזכות יכולתם להתאים טיפולים למטופלים בודדים תוך מזעור תופעות לוואי. שיטות קונבנציונליות, כגון טכניקות העברת גנים, מראות הבטחה באספקת גנים טיפוליים ישירות לתאים כדי לטפל במחלות שונות. עם זאת, שיטות אלו עומדות בפני חסרונות משמעותיים, הפוגעים ביעילותן ובבטיחותן.
מתן חלבון תוך תאי מציע גישה מבטיחה לפיתוח טיפולים בטוחים, ממוקדים ויעילים יותר. על ידי העברה ישירה של חלבונים לתאי מטרה, שיטה זו עוקפת בעיות כמו השתקה במהלך שעתוק ותרגום והסיכון למוטציות לא רצויות מהחדרת DNA. בנוסף, אספקת חלבון תוך תאית מאפשרת הפצה מדויקת של חלבונים טיפוליים בתוך תאי מטרה מבלי לגרום לרעילות.
קבוצת חוקרים בראשות פרופסור טאקאו מיאקה מאוניברסיטת וואסדה, יפן בשיתוף עם קבוצת Mikawa במכון RIKEN פיתחה כעת מערכת חותמת ננו-צינורית היברידית לאספקה תוך-תאית של חלבונים. טכניקה חדשנית זו מאפשרת אספקה בו-זמנית של מטענים מגוונים, כולל צבע קלציאין, אנזים לקטט אוקסידאז (LOx) וחלבון יוביקוויטין (UQ), ישירות לתאי דבק לטיפול בסרטן. מאמר המתאר את המחקר שלהם פורסם ב כימיה אנליטית ב-14 במאי, 2024. מאמר זה נכתב בשיתוף ד"ר צוטומו מיקאווה, ד"ר מסאומי איקרי, ד"ר הירומסה יאגי, ד"ר נאויה טוצ'יו וד"ר טקאנורי קיגאווה ממרכז RIKEN לחקר דינמיקה של ביו-מערכות, יפן ומר. ביון ג'אנג, מר בינגפו ליו, מר ג'וג'י וו ומר קאזוהירו אויאמה מאוניברסיטת וואסדה, יפן.
מיאקי מסביר בקצרה את הרכבת מערכת הבולים. "HyNTs סונתזו באמצעות פילמור PEDOT על גבי ממברנות ננו-צינורות Au, ולאחר מכן הורכבו עם צינור זכוכית כדי ליצור חותמת המסוגלת להחדיר פיזית HyNTs לתאים."
החוקרים בחנו את הפוטנציאל הטיפולי של מתן אנזים LOx לטיפול בסרטן. "באמצעות מערכת החותמות החדשנית שלנו, העברנו בהצלחה LOx הן לתאי גזע מזונכימליים בריאים (MSC) והן לתאי HeLa סרטניים. בעוד שתאי MSC נותרו לא מושפעים, ראינו מוות תאי משמעותי בתאי סרטן HeLa בעקבות טיפול ב-LOx עם יכולת ירידה עם הזמן. הממצאים שלנו מדגישים את היעילות המבטיחה של LOx הנמסרים תוך תאית במיקוד סלקטיבי והרג תאים סרטניים, תוך חסכון בתאים בריאים, ומציע אסטרטגיה טיפולית ממוקדת לטיפול בסרטן", מסביר מיאקי.
לבסוף, הצוות סיפק בהצלחה חלבוני UQ עם תווית איזוטופים 15N לתאי HeLa באמצעות מערכת החותמת HyNT. מסירה זו אפשרה ניתוח של מבני חלבון מורכבים ואינטראקציות בתוך התאים. בנוסף, הדמיה אופטית והדמיה פלואורסצנטית אישרה את נוכחותו של UQ שנמסר בתאי HeLa, וספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית גרעינית התאימה את ריכוז החלבון התוך תאי של UQ לזה של תמיסה המכילה UQ מסומן 15N. תוצאות אלו מדגימות את היעילות של מערכת החותמות באספקת חלבוני מטרה לניתוח לאחר מכן.
התוצאות מדגימות את היכולת המדהימה של מערכת החותמות HyNT בהעברת LOx ו-UQ למספר ניכר של תאים דביקים, כנדרש עבור יישומי רפואה רגנרטיבית. המערכת השיגה יעילות אספקה גבוהה במיוחד של 89.9%, מה שמעיד על יעילותה בהובלת חלבונים טיפוליים לתוך תאי המטרה בדיוק. יתרה מכך, שיעור כדאיות התאים של 97.1% מדגיש את יכולת המערכת לשמור על בריאות ושלמות התאים המטופלים לאורך כל תהליך הלידה.
מערכת חותמות HyNT מציעה פוטנציאל טרנספורמטיבי באספקת חלבון תוך-תאי, עם יישומים החל מטיפול בסרטן ועד ניתוח מולקולרי. מעבר לרפואה, הרבגוניות שלה משתרעת על חקלאות ותעשיות מזון, ומבטיחה התקדמות בייצור יבול ופיתוח מוצרי מזון. עם מניפולציה מדויקת של תאים ואספקה יעילה, מערכת חותמות HyNT מוכנה לחולל מהפכה במחקר הביו-רפואי, בפרקטיקה הקלינית ובתעשיות המגוונות, לסלול את הדרך להתערבויות מותאמות אישית ולעצב את עתיד הרפואה המודרנית.
