Универсальное противоядие: наночастицы против ядовитых змей

Химики из Калифорнийского университета разработали наночастицы, нейтрализующие широкий спектр токсинов, которые содержатся в яде змей по всему миру. Это изобретение уже в ближайшем будущем может спасти множество жизней и избавить врачей от необходимости подбирать укушенным людям противоядие под каждый конкретный тип яда.

Не все противоядия от змеиных укусов равнозначны. Различные виды змей производят различные типы токсинов. Это означает, что жертвам укуса змеи нужно не только как можно скорее получить дозу антидота, так еще и учесть, что средство должно быть подходящим. Исследователи сообщают, что они разработали наночастицы, впитавшие в себя множество самых разнообразных токсинов во время лабораторных испытаний, что стало ключевым шагом на пути изготовления противоядия самого широкого спектра.

Отсутствие подобных универсальных препаратов приводит к тому, что ежегодно более 100 000 человек во всем мире умирают от укусов ядовитых змей, преимущественно в Африке и на юго-востоке Азии. И это не единственная опасность. Змеи кусают примерно 4,5 миллиона человек каждый год, и те, кому посчастливилось выжить, чаще всего страдают от серьезных травм, таких как потеря конечностей. Как правило это связано с тем, что змеи кусают людей в сельской местности, где у них попросту нет доступа к клиникам и необходимым препаратам. Кроме того, часто потерпевшие получают неправильный антидот.

Производство противоядий весьма непростое. Процесс начинается с введения животным (часто — лошадям) небольшого количества раствора с низкой концентрацией яда от конкретной змеи. Иммунная система животного вырабатывает смесь антител, способных связываться с токсином и нейтрализовать его. После этого кровь извлекается из животного, антитела экстрагируют и готовят на их основе препарат для инъекций.

Но у обычного противоядия есть несколько проблем. Производство противоядий на основе антител трудоемкое и дорогостоящее, что просто невыгодно фармацевтическим компаниям — они не заработают много денег на из продаже. Кроме того, такие препараты должны храниться охлажденными (от перегрева белки антител постепенно разрушаются), поэтому в жарких странах хранить их длительное время становится намного сложнее — а именно там они и нужны больше всего.

Кен Ши, химик из Калифорнийского университета, вместе со своими коллегами решили призвать на помощь нанотехнологии.

Ранее они уже успешно разработали наночастицы, способные связываться с мощным токсином в пчелином яде и удалять его из крови. Для новой же работы им понадобились такие частицы, которые связывались бы не с одним типом токсина, но с целым спектром. Их целью было семейство токсинов, известных как PLA2 белки. Змеи производят сотни вариантов этих белков, от невинных и практически безвредных ядов до мощнейших нейротоксинов, убивающих человека за считанные секунды. Обычно эти белки проникают в клетку сквозь клеточную мембрану, а значит наночастицы, изготовленные из липидообразных молекул (аналогичных липидному слою, который находится в клеточной мембране), могли бы надежно связываться с этим типом белков.

Химики сделали подборку полимерных белков из различных структур, несущих в своем составе кислоты и щелочи, которые смогли бы образовать сеть слабо взаимодействующих водородных связей. После этого они комбинировали эти компоненты в различных формах и концентрациях, пока не подобрали сочетание, способное образовывать крошечные пористые полимерные наночастицы. Они несколько раз проводили контрольное внедрение белковых агентов PLA2, каждый раз отбирая те комбинации наночастиц, которые связывались с токсином лучше всего. В итоге они стали исходным материалом, который потом лишь подвергся дополнительным циклам химической оптимизации.

В результате ученые получили частицы, способные связываться с широким диапазоном вариантов белков токсина. Кроме того, белки образуют связи с новыми частицами куда активнее, чем со многими другими системами организма человека, что стало для ученых неожиданностью. После того, как они внедрили в сыворотку крови сначала наночастицы, а потом белки PLA2, химики выяснили, что токсины буквально «расталкивают» другими белки крови, стремясь первыми связаться с наночастицами. Об этом они сообщили в своей работе, опубликованной в журнале Journal of the American Chemical Society.

Теперь же Кену и коллегам необходимо провести ряд испытаний на животных и посмотреть, не приведет ли использование наночастиц к неожиданным результатам, а также оценить то, насколько эффективна новая разработка при внедрении в реальную кровеносную систему. Если все пройдет по плану, уже совсем скоро мир увидит первое противоядие, претендующее на роль универсального лекарства от змеиного укуса.