W ostatnich latach obserwuje się rosnące zainteresowanie inżynierią nanocząsteczek do takich zastosowań biomedycznych, jak dostarczanie leków i bioobrazowanie1,2,3,4. Wielofunkcyjność systemów opartych na nanocząstkach często wymaga włączenia wielu komponentów w jednym preparacie. Elementy budulcowe, które są oparte na lipidach lub polimerach, często różnią się pod względem właściwości fizykochemicznych, a także biokompatybilności i biodegradowalności, co ostatecznie może wpłynąć na funkcję nanostruktury1,5,6. Materiały pochodzenia biologicznego, takie jak białka i peptydy, od dawna są uznawane za obiecujące składniki wielofunkcyjnych nanostruktur ze względu na ich elastyczność sekwencji7,8. Peptydy samoorganizują się w wysoce uporządkowane architektury supramolekularne, tworząc spiralne wstęgi9,10, rusztowania włókniste11,12, torując w ten sposób drogę do budowy hybrydowych nanostruktur opartych na biomolekułach przy użyciu podejścia oddolnego13.
Peptydy zostały zbadane pod kątem zastosowań w medycynie i biotechnologii, zwłaszcza w terapii przeciwnowotworowej14 i chorobach sercowo-naczyniowych15, a także do opracowywania antybiotyków16,17, zaburzeń metabolicznych18 i infekcji19. Istnieje ponad sto leków o małych peptydach, które są w trakcie badań klinicznych20. Peptydy są łatwe do modyfikacji i szybkie do syntezy przy niskich kosztach. Ponadto są biodegradowalne, co znacznie ułatwia ich biologiczne i farmaceutyczne zastosowania21,22. Wykorzystanie peptydów jako komponentów strukturalnych obejmuje inżynierię responsywnych nanocząstek na bazie peptydów i magazynów hydrożelu do kontrolowanego uwalniania23,24,25,26,27, biosensory oparte na peptydach28,29,30, 31, lub urządzenia bioelektroniczne32,33,34. Co ważne, stwierdzono, że nawet krótkie peptydy z dwiema lub trzema resztami aminokwasowymi, które zawierają fenyloalaninę, kierują procesami samoorganizacji35,36,37 i tworzą stabilizowane emulsje38.
Leki na bazie platyny, ze względu na ich wysoką skuteczność, są stosowane w wielu schematach leczenia raka, zarówno samodzielnie, jak i w połączeniu z innymi środkami39,40. Związki platyny indukują uszkodzenia DNA poprzez tworzenie monoadduktów i wiązań krzyżowych wewnątrzniciowych lub międzyniciowych. Zmiany Pt-DNA są rozpoznawane przez maszynerię komórkową i, jeśli nie zostaną naprawione, prowadzą do apoptozy komórkowej. Najważniejszym mechanizmem, za pomocą którego Pt(II) przyczynia się do śmierci komórek nowotworowych, jest hamowanie transkrypcji DNA41,42. Jednak korzyści płynące z terapii platyną są zmniejszone przez ogólnoustrojową toksyczność Pt(II), która wywołuje poważne skutki uboczne. Prowadzi to do niższych klinicznych dawek Pt(II)43, co często skutkuje subterapeutycznymi stężeniami platyny docierającymi do DNA. W konsekwencji następująca naprawa DNA przyczynia się do przeżycia komórek rakowych i nabycia oporności na Pt(II). Oporność na chemioterapię platyny jest poważnym problemem w terapii przeciwnowotworowej i główną przyczyną niepowodzenia leczenia44,45.
Opracowaliśmy stabilny nanosystem, który otacza czynnik Pt(II) w celu zapewnienia efektu ekranującego w krążeniu ogólnoustrojowym i zmniejszenia skutków ubocznych wywołanych przez Pt(II). System oparty jest na rdzeniu z kwasami oleinowymi-Pt(II) stabilizowanym tripeptydem KYF w celu utworzenia nanoemulsji (KYF-Pt-NE)46. Elementy budulcowe KYF-Pt-NE, aminokwasy tripeptydu oraz kwas oleinowy, mają status ogólnie uznanego za bezpieczny (GRAS) przez Agencję ds. Żywności i Leków (FDA). KYF-Pt-NE jest przygotowywany przy użyciu metody nanoprecypitacji47. Krótko mówiąc, koniugat kwasów oleinowych-Pt(II) rozpuszcza się w rozpuszczalniku organicznym, a następnie dodaje kroplami do wodnego roztworu KYF (Rysunek 1) w temperaturze 37 °C. Roztwór miesza się przez kilka godzin, aby umożliwić samodzielny montaż KYF-Pt-NE. Nanoemulsję zagęszcza się w koncentratorach odśrodkowych o sile 10 kDa i trzykrotnie przepłukuje wodą. Chemiczna modyfikacja KYF za pomocą fluoroforu pozwala na syntezę fluorescencyjnego FITC-KYF-Pt-NE odpowiedniego do obrazowania biomedycznego.