Хіміки з Каліфорнійського університету розробили наночастинки, які нейтралізують широкий спектр токсинів, що містяться в отруті змій по всьому світу. Цей винахід уже в найближчому майбутньому може врятувати безліч життів і лікарів позбавити від необхідності підбирати покусаним людям протиотруту під кожен конкретний тип отрути.
Не всі протиотрути від зміїних укусів рівнозначні. Різні види змій виробляють різні типи токсинів. Це означає, що жертвам укусу змії потрібно не тільки якомога швидше отримати дозу антидоту, так ще й врахувати, що засіб має бути відповідним. Дослідники повідомляють, що вони створили наночастинки, які увібрали в себе безліч різноманітних токсинів під час лабораторних випробувань, що стало ключовим кроком на шляху виготовлення протиотрути найширшого спектру.
Відсутність подібних універсальних препаратів призводить до того, що щорічно більше 100 000 осіб у всьому світі помирають від укусів отруйних змій, переважно в Африці і на південно-сході Азії. І це не єдина небезпека. Змії кусають приблизно 4,5 мільйона людей щороку, і ті, кому пощастило вижити, найчастіше страждають від серйозних травм, таких як втрата кінцівок. Як правило це пов’язано з тим, що змії кусають людей у сільській місцевості, де у них просто немає доступу до клінік і необхідних препаратів. Крім того, часто потерпілі отримують неправильний антидот.
Виробництво протиотрут вельми непросте. Процес починається з введення тваринам (часто — коням) невеликої кількості розчину з низькою концентрацією отрути від конкретної змії. Імунна система тварини виробляє суміш антитіл, здатних зв’язуватися з токсином і нейтралізувати його. Після цього кров витягується з тварин, антитіла екстрагують і готують на їх основі препарат для ін’єкцій.
Але у звичайної протиотрути є кілька проблем. Виробництво протиотрут на основі антитіл трудомістке і дороге, що просто невигідно фармацевтичним компаніям — вони не зароблять багато грошей на продажу. Крім того, такі препарати повинні зберігатися охолодженими (від перегріву білки антитіл поступово руйнуються, тому в жарких країнах зберігати їх тривалий час стає набагато складніше — а саме там вони і потрібні найбільше).
Кен Ші, хімік з Каліфорнійського університету разом зі своїми колегами вирішили закликати на допомогу нанотехнології. Раніше вони вже успішно розробили наночастинки, здатні зв’язуватися з потужним токсином у бджолиній отруті і видаляти його з крові. Для нової роботи їм знадобилися такі частинки, які пов’язувалися не з одним типом токсину, але з цілим спектром. Їх метою було сімейство токсинів, відомих як PLA2 білки. Змії виробляють сотні варіантів цих білків, від невинних і практично нешкідливих отрут до найпотужніших нейротоксинів, які вбивають людину за лічені секунди. Зазвичай ці білки проникають у клітину крізь клітинну мембрану, а значить наночастинки, виготовлені з ліпідоподібних молекул (аналогічних ліпідному шару, що знаходиться у клітинній мембрані), могли б надійно зв’язуватися з цим типом білків.
Хіміки зробили добірку полімерних білків з різних структур, що несуть у своєму складі кислоти і луги, які змогли б утворити мережу слабо взаємодіючих водневих зв’язків. Після цього вони комбінували ці компоненти в різних формах і концентраціях, поки не підібрали комбінацію, здатну утворювати крихітні пористі полімерні наночастинки. Вони кілька разів проводили контрольне впровадження білкових агентів PLA2, кожен раз відбираючи ті комбінації наночастинок, які пов’язувалися з токсином найкраще. В результаті вони стали вихідним матеріалом, який потім лише піддався додатковим циклам хімічної оптимізації.
У результаті вчені отримали частинки, здатні зв’язуватися з широким діапазоном варіантів білків токсину. Крім того, білки утворюють зв’язки з новими частинками значно активніше, ніж з багатьма іншими системами організму людини, що стало несподіванкою для вчених. Після того, як вони впровадили в сироватку крові спочатку наночастинки, а потім білки PLA2, хіміки з’ясували, що токсини буквально «розштовхують» інші білки крові, прагнучи першими зв’язатися з наночастинками. Про це вони повідомили у своїй роботі, опублікованій в журналі Journal of the American Chemical Society.
Тепер же Кену і колегам необхідно провести ряд випробувань на тварин і подивитися, чи не призведе використання наночастинок до несподіваних результатів, а також оцінити те, наскільки ефективна нова розробка при впровадженні в реальну кровоносну систему. Якщо все пройде за планом, вже зовсім скоро світ побачить першу протиотруту, яка претендує на роль універсального ліку від зміїного укусу.