En ny måde at komme ind i cellen ved at bruge superkaotrope egenskaber for borklynger

Internalisering af uigennemtrængelige molekyler i celler er en aktuel udfordring i lægemiddeludvikling, da mange vandopløselige bioaktive molekyler ikke kan krydse cellemembranen. For at lette celleindtrængen af ​​disse molekyler er kunstige transportører, såsom polymerer, lipider eller kationiske penetrerende peptider, blevet udtænkt. Til dato er de fleste af disse bærere blevet undfanget baseret på en bestemt egenskab, der tillader dem at krydse lipid-dobbeltlaget:amfifiliciteten. Amfifile molekyler har differentierede regioner, der tillader dem at interagere med den vandopløselige last og lipidmembranen. Alle hidtil kendte membranbærere deler en lignende molekylær amfifilicitet, der tillader dem at interagere med den amfifile membran. Imidlertid står disse transportører normalt over for begrænsninger på grund af iboende træk ved amfifile molekyler, som for eksempel toksiciteten forbundet med deres detergentlignende adfærd, der kan beskadige cellemembraner, eller deres aggregeringstendens, som kan begrænse de koncentrationer, hvor de kan være nyttige .

Den nylige undersøgelse offentliggjort i Nature af forskere fra Center for Research in Biological Chemistry and Molecular Materials (CiQUS, USC), i samarbejde med Jacobs University (Bremen, Tyskland), præsenterer en ny klasse af membranbærere, der efterlader det amfifile paradigme. Disse nye bærere er baseret på halogenerede dodecaborat-klyngeanioner med en kugleform på knap 24 atomer, som har en negativ ladning og en fremragende vandopløselighed. På trods af deres anioniske ladning og fraværet af differentierede domæner har disse klynger også affinitet til lipidmembraner på grund af deres superkaotropiske natur. Denne kaotrope egenskab kan betragtes som en evne hos disse klynger til at forstyrre vandmolekyler, hvilket nu har vist sig at tillade en dehydrering af de hydrofile laster og dermed tillade dem at rejse på tværs af de hydrofobe membraner.

Disse klynger kan interagere med hydrofile laster uden at indkapsle eller danne aggregater med dem. Ved hjælp af modelvesikler, i gruppen af ​​prof. Werner Nau (Jacobs University, Bremen), blev det fundet, at den mindste og mindst kaotrope klynge (B₁₂ H₁₂ ^2– ) var inaktiv, mens den største og mest kaotropiske (B₁₂). I₁₂ ^2– ) interagerede for stærkt med lipidmembranen. Dog kan du opdele klynger med afbalanceret kaotropicitet, såsom den halogenerede B₁₂ Cl₁₂ ^2– og B₁₂ Br₁₂ ^2– , aktiverede translokationen af ​​forskellige laster over lipiddobbeltlaget uden at ødelægge membranens integritet. Især det bromerede B₁₂ Br₁₂ ^2– viste sig som den optimale kandidat for en ny klasse superkaotropiske borbærere. "Disse nye transportører viser meget karakteristiske transportegenskaber," siger Dr. Andrea Barba-Bon, en forsker fra JU og medforfatter af undersøgelsen. "I modsætning til klassiske amfifile transportører blev deres aktivitet ikke påvirket af sekvensen af ​​klynge- og lasttilsætning til vesiklerne eller vesiklens membranladning."

Med undtagelse af negativt ladede molekyler var denne bærer i stand til at levere en bred vifte af laster, lige fra små molekyler til større peptider. Desuden viste superkaotropiske borklynger bæreraktivitet ikke kun i modelvesikler, men også i levende celler. Klyngerne kunne effektivt transportere forskellige molekyler inde i levende celler ind i celler som vist af gruppen af ​​Prof. Javier Montenegro (CIQUS, USC). Borklyngerne var i stand til at levere en fuldt funktionel phalloidin-last - et uigennemtrængeligt cyklisk peptid, der traditionelt anvendes til mærkning af cytoskelettet af fikserede celler - ind i cytosolen af ​​levende celler og farvning af actin-cytoskelettet af flere cellulære typer. Det brede spektrum af bioaktive laster, der kunne transporteres, omfattede også den lavpermeable PROTAC dBET1 eller den antineoplastiske monomethylauristatin F, som blev internaliseret 2-3 gange mere effektivt i nærvær af borklyngen. "Vi har identificeret en ny klasse af transportører, der kan bruges til at levere mange forskellige molekyler ind i celler. Superkaotropiske anioner er et nyt værktøj til transport af hydrofile molekyler ind i celler, hvis potentiale først er ved at blive udforsket," siger Giulia Salluce ( CiQUS), Ph.D. studerende i Montenegros gruppe og medførsteforfatter til undersøgelsen. + Udforsk yderligere

Plast i nanostørrelse kan trænge ind i og gennemtrænge cellemembraner