Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

AU-forskere bidrager til forståelsen af corona-proteiner på nanopartikler

Egenskaberne ved nanopartikler er bredt anerkendt, og de er blandt andet anvendt indenfor farmaci. Der er imidlertid behov for en dybere forståelse af de proteinlag, der samler sig på nanopartiklernes overflade, da disse proteinlag har stor indflydelse på partiklernes funktion. AU-forskere har udviklet en metode til mere effektive undersøgelser af proteinsammensætningen, som for nyligt er blevet offentliggjort i Nature Communications.

25.09.2020 | Lise Refstrup Linnebjerg Pedersen

En dansk forskergruppe viser i Nature Communications, hvordan de har udviklet en ny tilgang til hurtigere, men mere dybdegående undersøgelse af corona-proteinlaget, som påvirker nanopartiklers funktion. Billedet skematiserer en nanopartikel dækket af corona-proteiner. (Grafik: Nature Comm 11, Article no. 4535 (2020))

Nanopartikler (NP'er) er et lovende middel i forbindelse med drug delivery - altså aflevering af et virksomt lægemiddelstof - og visualisering af processer i levende celler. Når der tilsættes NP'er til en bio-væske (blod, urin osv.), hæfter proteiner til stede i den specifikke bio-væske sig til overfladen af nanopartiklerne, og der opstår et proteinlag, kaldet "corona-proteiner", på NP-overfladen. Disse corona-proteiner spiller en stor rolle i NP’ernes binding til celleoverflader og har dermed en stærk indflydelse på NP'ernes funktion.

Corona-proteinerne er forskellige proteiner, der konkurrerer om pladsen, idet de klæber til overfladen af nanopartikler for at danne en kombination af, hvad man kalder "hård" (HC) og "blød" corona (SC). HC-proteiner med høj bindingsaffinitet og lav dissociationshastighed forbliver tæt bundet til overfladen, mens SC-proteiner med høj dissociationshastighed hurtigt udskiftes.

Missing links i proteinlaget på nanopartikler

Flere forskere har undersøgt dannelsen af dette corona-proteinlag og har forsøgt at identificere proteinerne, der danner coronaen. Dette med det formål at forstå, hvordan NP'er interagerer med celleoverflader, men bl.a. også med toksiciteten af nanopartikler for øje. Der mangler dog stadig flere ’missing links’ i forbindelse med forståelsen af den komplekse og dynamiske proces omkring proteinernes klæben til NP'erne.

Årsagen til dette er, at den nuværende forståelse af den biologiske rolle, som nanopartikler kan have i et givet biologisk miljø, hovedsagelig udledes fra den hårde del af corona-proteinlaget (HC). Sammensætningen af bløde corona (SC) proteiner og deres biologiske relevans er oftest udeladt i tidligere forskningsresultater på grund af manglen på metoder til at adskille disse proteiner og at kunne analysere dem.

Svagt-interagerende corona-proteiner kan have en vigtig rolle

AU-forskere rapporterer om en ny tilgang til at studere corona-proteinerne i tidsskriften Nature Communications. Her har forskerne identificeret et sæt specifikke corona-proteiner med svage interaktioner (SC) på silica og polystyren-nanopartikler ved hjælp af en eksperimentel tilgang baseret på ”click-chemistry”. Det viser sig, at disse SC-proteiner ikke kun findes i SC, men også er til stede i HC, hvilket antyder, at den vigtigste forskel mellem HC og SC styres af, at det samme corona-protein kan udvise forskellige bindingsstyrker.

Tidligere forskning har udviklet tilgange, der har til formål at kvantificere og identificere SC- og HC-proteiner, men disse metoder har endnu ikke vist sig effektive nok. I nærværende studie er den nye tilgang både hurtigere og mere tydelig i sine resultater. Det giver mulighed for både at undersøge effekten af de svagt-interagerende SC-proteiners dynamiske interaktion med celleoverflader, men også de mere fastklæbende corona-proteiner (HC), der dannes omkring nanopartikler i komplekse medier.

Resultaterne viser at SC-proteinerne kan mediere binding mellem nanopartikler og celleoverflader hovedsageligt pga. deres dynamiske opførsel. Forskerne ser dog også, at den nøgne NP-overflade, skønt den er dækket af corona-proteiner, stadig kan interagere direkte med en celleoverflade.

Forskerne fremhæver, at svage interaktioner mellem proteiner og nanopartikler bør tages med i betragtning, når man undersøger nano-bio-grænseflader.

Læs mere om resultaterne i Nature Communications:
“Mapping and identification of soft corona proteins at nanoparticles and their impact on cellular association” by Hossein Mohammad-Beigi, Yuya Hayashi, Christina Moeslund Zeuthen, Hoda Eskandari, Carsten Scavenius, Kristian Juul-Madsen, Thomas Vorup-Jensen, Jan J. Enghild & Duncan S. Sutherland

https://doi.org/10.1101/2020.02.05.924480.


Forskerne bag resultaterne er fra Interdisciplinært Nanoscience Center (iNANO), Institut for Molekylærbiologi og Genetik og Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet. Arbejdet blev finansielt støttet af Danmarks Frie Forskningsråd, Danmarks Grundforskningsfond (Center for Cellular Signal Patterns, CellPat) og Lundbeckfonden.


Mere information

Professor Duncan Sutherland
Interdisciplinært Nanoscience Center
Aarhus Universitet

Forskning