Скрининговая система из липосом ускорит разработку лекарств

Высокопроизводительные методы очень важны для скрининга новых соединений и их комбинаций в синтетической биохимии и биомедицине. Сейчас для этих целей используют микрочипы, микрофлюидику и роботов. Это позволяет минимизировать работу операторов и параллельно проводить тестирование большого количества малых молекул, однако требует значительного расхода материалов и длительного времени. Альтернативой для таких скрининговых платформ могут стать сверхминиатюрные пробы, которые используют липидные капли, несущие аттолитры (10^-18 литра) веществ.

Ученые из Дании описали систему SPARCLD (single-particle combinatorial liposome fusion mediated by DNA), которая позволяет при помощи флуоресцентной микроскопии полного внутреннего отражения (TIRF) параллельно наблюдать за стохастическим слиянием липосом с различным содержимым. Для этого липосомы с набором из шести различных ДНК-олигонуклеотидов, заякоренных на поверхности, прикрепляли к подложке. Затем смесь из шести групп липосом, каждая из которых содержала на своей поверхности один вариант комплементарных олигонуклеотидов, добавляли к уже закрепленным частицам. Каждая из групп липосом отличалась комбинацией из флуоресцентно меченных липидов красного, синего и зеленого спектров. В случае, если олигонуклеотиды встречали комплементарные последовательности и гибридизировались, липосомы приближались друг к другу, и происходило слияние их содержимого. Контрольные эксперименты с липосомами, несущими только некомплементарные другу другу последовательности, показали, что нецелевое слияние происходило только в 5,1% случаев. Ученые отслеживали последовательность, в которой липосомы присоединялись друг к другу, при помощи флуоресцентной микроскопии и машинного обучения.

Авторы проверили, не теряется ли содержимое липосом при их соединении, на примере реакции профлуоресцентного субстрата в присутствии фермента бета-глюкозидазы. Они показали, что 91,6% закрепленных липосом связывается олигонулекотидами с несущими субстрат липосомами, и из них 93,2% успешно проходят слияние и запускают реакцию с участием фермента. При этом 99,2% липосом не теряли свое содержимое на протяжении всего эксперимента.

Также исследователи продемонстрировали способность системы проводить одновременно множество различных последовательных реакций. Они проследили за 8 800 прикрепленными липосомами, которые суммарно прошли 16 143 слияния. Высокая чувствительность проб позволила зафиксировать до семи последовательных и независимых слияний отдельных липосом. Всего ученые наблюдали 566 уникальных комбинаций.

Авторы работы отмечают, что их система может быть полезна для скрининга большого количества вариантов последовательных событий, например, взаимодействий лекарственных средств или эпитопов, а также для создания синтетических биохимических путей и внеклеточных экспрессионных систем. Однако для применения в будущем SPARCLD необходимо совместить с системами считывания посткомбинаторных сигналов.