Virus mang vật liệu di truyền trong lớp vỏ protein có hình cầu, cho phép chúng nhân rộng và xâm chiếm tế bào của vật chủ, gây ra bệnh tật.
Lấy cảm hứng từ những cấu trúc phức tạp này, các nhà khoa học tại Đại học Khoa học & Công nghệ Pohang (Hàn Quốc) hợp tác cùng Giáo sư David Baker từ Đại học Washington (Mỹ), người đoạt giải Nobel Hóa học năm 2024, để khám phát các protein nhân tạo bắt chước virus.
Các lồng nano (nanocage) mô phỏng hành vi của virus, vận chuyển gene trị liệu tới tế bào đích một cách hiệu quả. Tuy nhiên, các lồng nano hiện có lại đang đối mặt với nhiều thách thức đáng kể: kích thước nhỏ bé hạn chế lượng vật liệu di truyền chúng có thể mang theo, và thiết kế đơn giản khiến chúng không thể có các chức năng đa dạng như các protein của virus tự nhiên.
Lồng nano protein được thiết kế. Nguồn:postech.ac.kr Để khắc phục những hạn chế này, nhóm nghiên cứu sử dụng các thiết kế tính toán dựa trên AI. Trong khi hầu hết các virus thể hiện cấu trúc đối xứng, chúng cũng có sự bất đối xứng nhỏ. Với hỗ trợ của AI, nhóm đã thử tái tạo những đặc điểm rất khó thấy này và lần đầu tiên thiết kế thành công các lồng nano có hình tứ diện, hình bát diện và hình nhị thập diện.
Các lồng nano thu được gồm bốn loại protein nhân tạo, tạo ra các cấu trúc tinh tế với sáu giao diện protein-protein riêng. Trong số đó, cấu trúc nhị thập diện, có đường kính lên tới 75 nanomet, nổi bật với khả năng chứa vật liệu di truyền nhiều gấp ba lần so với các vector vận chuyển gene thông thường, chẳng hạn như virus liên quan đến adeno (AAV), đánh dấu một bước tiến quan trọng trong liệu pháp gene.
Kính hiển vi điện tử xác nhận các lồng nano được thiết kế dựa vào AI đã có được cấu trúc đối xứng chính xác như dự kiến. Các thí nghiệm chức năng tiếp theo chứng minh chúng có khả năng mang tải trọng trị liệu tới tế bào mục tiêu một cách hiệu quả, mở ra con đường cho các ứng dụng y tế thực tiễn.
Nghiên cứu tiên phong này được đăng trên tạp chí Nature.
Nguồn: