生物物理学家已经开发出一种通过用生物分子覆盖来修饰微米和纳米颗粒表面的方法，这种纳米颗粒是在千分之一毫米到百万分之一毫米之间测量的微小结构。以这种方式设计的粒子可以同时作为治疗剂和诊断剂，向癌细胞输送药物。
这篇论文发表在《应用材料与界面》杂志上。作者是莫斯科物理技术学院( MIPT )、俄罗斯科学院生物有机化学研究所( IBCh RAS )、国家研究核子大学MEPhI、Sechenov大学和麦格理大学(澳大利亚)的研究人员。
“魔法子弹”的概念最初是1900年左右由1908年诺贝尔生理医学奖得主保罗·埃利希提出的。他设想的药物将具有识别体内病原体的成分和作用于目标的另一个成分。通常，这类药物针对受损细胞表面的受体。这些受体也允许药物识别细胞。这种通用系统可用于诊断、治疗或两者兼有。当治疗和诊断结合在一起时，这就是所谓的治疗学。
为了制造包含治疗和诊断成分的系统，需要“分子胶”来将两个部分保持在一起。这种胶可以实现为能够通过相互结合形成稳定复合物的蛋白质。这类最稳定的复合物之一是巴拿酶-巴星蛋白对。有一个被称为结合常数的值，它表征复合物中分子的耦合强度。巴拿酶-巴星复合物的结合常数是抗原-抗体复合物的1000 - 100万倍，抗原-抗体复合物是我们免疫反应的基础。
巴拿酶和巴星可用于设计治疗学的各种功能模块。例如，巴拿酶可以与治疗剂结合-抗体、药物、荧光分子等。而barstar可以与靶向剂融合。这一概念是由IBCh RAS分子免疫学实验室负责人谢尔盖·德耶夫提出的。然后将两个模块结合，形成具有治疗和诊断性质的双功能化合物，并能够靶向给药。通过将巴拿酶和巴星与各种治疗和诊断分子融合，研究人员可以基于相同的原理开发出一系列治疗剂。这些分子结构可以承载在纳米或微粒的表面上。粒子本身可以具有辅助性质，包括荧光或暴露于辐射时被破坏的能力，从而杀死周围的有害细胞，例如癌细胞。几十种不同类型的分子结构可以沉积在一个微小的粒子上，潜在地增加了它的治疗效果。
许多实验室正在积极研究使用纳米和微粒递送药物的概念。俄罗斯和澳大利亚的研究人员利用巴拿酶-巴星蛋白复合物开发了一种基于纳米粒子的治疗剂，并研究了其性质。
MIPT纳米生物技术实验室研究员、生物有机化学研究所分子免疫学实验室高级研究员、首席作者维多利亚·希普诺娃说:「目前使用的生物分子与纳米粒子化学耦合的方法大多存在严重缺陷。」“生物分子的空间取向受到很差的控制，当它们与靶结合时会遇到问题。偶联分子的密度相当低，而且过程很耗时。"
“我们开发了一种基于巴纳酶-巴星蛋白对的方法，它不会改变靶向分子的空间结构。另外两个优点是它的高特异性和快速耦合性:所有模块只需几分钟就能结合起来，”她解释说。
研究人员使用二氧化硅包覆的粒子作为分子复合物的载体。本文描述的生物结构的主要目标是癌细胞，其表面上的he2 / neu标记可识别癌细胞，如图2中红色突起所示。HER2 / neu是一种负责细胞生长和分裂的蛋白质，存在于健康细胞中。然而，在癌细胞中，这种蛋白质过量或过度表达，使它们无法控制地生长和分裂。
研究人员使用设计的锚蛋白重复蛋白( darpin )中的一种分子作为识别her 2 / neu蛋白的靶向剂。在图1和2中显示为浅蓝色钟形结构，darpin是能够选择性结合到靶分子上的小且高度稳定的蛋白质。除了识别癌细胞的DARPin分子之外，该结构还需要结合一种能够与载体颗粒表面结合的分子，即二氧化硅。为此，研究人员使用了麦格理大学通过合理设计获得的二氧化硅结合肽。结果，他们创造了以下结构:纳米或微粒被二氧化硅包覆，巴纳酶-达尔平模块通过与barstar融合的二氧化硅结合肽连接到二氧化硅上(图1 )。重要的是，所涉及的每个元素都可以被改变甚至替换，从而改变整个结构的性质。在某种程度上，它类似于一个构建模块的分子试剂盒，可以通过多种方式组装，产生不同的治疗剂。
实际上，研究人员已经创造了一种通用的组装方法，使得许多具有治疗和诊断潜力的分子能够容易地结合起来，同时保持它们的空间结构和性质。
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