Syöpä: Älykäs lääkkeiden jakelu on tulossa
Uusi tutkimus tasoittaa tietä syöpälääkkeiden toimittamiseen kasvaimiin ennennäkemättömällä tarkkuudella.
Uusi ”älykäs lääkkeenantojärjestelmä” käyttää nanokapselia, joka vapauttaa lääkekuormituksen vasta, kun se havaitsee kaksi kasvainsignaalia oikeassa järjestyksessä.
"Periaatteen todistaminen" -lehti - julkaistu nyt lehdessä Kemian tiede - kuvaa kuinka järjestelmä toimi onnistuneesti vastauksena kahden kasvaimen sisällä esiintyvän tilan sarjaan.
Ensimmäinen ehto oli happamuuden nousu tietyn kynnyksen yli, ja toinen oli glutationi-nimisen aineen läsnäolo, jonka pitoisuudet ovat korkeammat tietyntyyppisissä kasvaimissa.
Näiden kahden ehdon täyttäminen - tässä tarkassa järjestyksessä - ilmoittaa nanokapselille, että se on siirtymässä "monivaiheiseen kasvainmikroympäristöön", mikä saa sen vapauttamaan lääkekuormansa. Jos se täyttää vain yhden ehdon tai täyttää ne päinvastaisessa järjestyksessä, se ei vapauta lääkettä.
Vanhempi tutkimuksen kirjoittaja Wei-Hong Zhu, kemian professori Shanghain Itä-Kiinan tiede- ja teknologiayliopistossa, ja hänen tiiminsä testasivat järjestelmää ensin laboratoriosoluissa ja sitten elävissä hiirissä.
Uuden sukupolven huumeet
Nanokapseli vapauttaa ainutlaatuisia fluoresoivia markkereita - yhden, kun se täyttää ensimmäisen ehdon, ja toisen, toisen, kun se täyttää toisen - mikä tarkoittaa, että lääkkeen toimittamisen edistymistä voidaan seurata tarkasti, kun se tapahtuu.
Tämä avaa mahdollisuuden käyttää järjestelmää "älykkäänä fluoresoivana anturina" tarkemman diagnoosin tekemiseksi.
Professori Zhu sanoo, että hän ja hänen kollegansa uskovat, että tutkimus johtaa "uuden sukupolven lääkkeisiin", jotka voidaan ohjelmoida vastaamaan tiettyihin ärsykkeisiin loogisella tavalla.
Yksi syy siihen, että heidän uusi järjestelmä vie lääkkeen toimituksen uudelle tasolle, johtuu siitä, että se käyttää "sekvenssipohjaista JA logiikkaa" eikä TAI-logiikkaa lääkkeen vapautumisen käynnistämiseksi.
TAI-logiikkaa käyttävä jakelujärjestelmä vapauttaa lääkkeen, kun se täyttää jommankumman ehdoista, joihin se on ohjelmoitu vastaamaan.
Toisaalta sekvenssipohjaisella JA-logiikalla järjestelmä vapauttaa lääkkeen vain, kun molemmat ehdot täyttyvät oikeassa järjestyksessä.
Tutkijat ehdottavat, että tämä lähestymistapa suojaa lääkettä paremmin "tuhoisilta ympäristöiltä ja ei-toivotuilta vuorovaikutuksilta" ja varmistaa vapautumisen tarkemman laukaisun "tarvittaessa".
Kuinka se toimii
Vaikka tämä on kätevää kuvata lääkkeenantojärjestelmää "lääkekuorman sulkevaksi nanokapseliksi", se ei kuitenkaan tarkalleen toimi.
Järjestelmä käsittää itse asiassa pitkät molekyylit, jotka on valmistettu kolmesta osasta. Ensimmäinen antaa fluoresoivan signaalin, toinen on "aihiolääke" ja kolmas on pitkä "polymeerihäntä". Aihiolääke metaboloituu syöpälääkkeeksi, kun se vapautuu.
Se reagoi "erittäin herkästi" pH: n tai happamuuden muutoksiin. Ja kun se siirtyy verenkierrosta (missä happamuus on alhaisempi) kasvainympäristöön (missä happamuus on korkeampi), se tunnistaa pH-arvon laskun.
Vaikka pH on korkeampi kuin ohjelmoitu kynnys, pitkät molekyylit muodostavat muodon, jota kutsutaan "miselliksi". Tämä muistuttaa palloa, jossa kaikki polymeerihännät ovat ulkopuolella ja fluoresoivat yksiköt keskellä. Tässä muodostumassa fluoresoiva signaali vaimennetaan.
Mutta kun miselli pääsee ympäristöön, jossa pH laskee tietyn kynnyksen alapuolelle, muodostuminen vapautuu ja pitkät molekyylit päästetään irti.
Ensimmäinen asia, joka tapahtuu, on se, että fluoresoivaa signaalia ei enää vaimenneta ja se voidaan havaita. Se osoittaa, että AND-logiikan ensimmäinen ehto (pH-arvon lasku) on täytetty.
Pitkien molekyylien vapautuminen antaa toiselle ehdolle, kun se täyttyy, vaikutuksen. Tässä tapauksessa altistuminen glutationille häiritsee yhteyttä pitkän molekyylin ja aihiolääkkeen välillä. Käynnistyksen jälkeen aihiolääke voi sitten metaboloitua aktiiviseksi syöpälääkkeeksi.
Kaksi fluoresoivaa signaalia
Aihiolääkkeen menettäminen tarkoittaa, että pitkä molekyyli lyhenee aiheuttaen muutoksen fluoresoivan signaalin "värissä" tai aallonpituudessa - jota vielä lähetetään - "vihreästä purppuranpunaiseksi". Tämä osoittaa, että AND-logiikan toinen ehto on täytetty oikeassa järjestyksessä.
Kirjoittajat huomauttavat, että tämä kaksiaallonpituinen fluoresenssi tekee järjestelmästä "sopivan reaaliaikaisen kolmiulotteisen biokuvantamisen suorittamiseen", mikä voi olla "tehokas työkalu tarkkaan taudin diagnostiikkaan, etenkin epäilyttävissä vaurioissa".
Kun tiimi testasi järjestelmää soluissa ja elävissä hiirissä, se huomasi, että sillä oli "erinomainen monivaiheinen kasvain kohdistuskyky". Hiirissä se osoitti myös "merkittävää kasvua kasvainten vastaisessa aktiivisuudessa […] melkein hävittäen kasvaimen".
"Tämä logiikka-aistin mukainen nanotunnistin tarjoaa prototyypin in vivo älykkäiden biosensorikoettimien kehittämiseen tarkkoja ohjelmoitavia lääkeaineen antojärjestelmiä varten."
Professori Wei-Hong Zhu
