Rák: Az „intelligens kábítószer-szállítás” úton van
Egy új kutatás utat nyit a rákellenes gyógyszerek daganatokba juttatásához, még soha nem látott pontossággal.
Az új „intelligens gyógyszeradagoló” rendszer egy nanokapszulát használ, amely csak akkor tölti ki a gyógyszerterhelést, ha két daganatos szignállal találkozik a megfelelő sorrendben.
„Elvi bizonyíték” - most megjelent a folyóiratban Kémiai Tudomány - leírja, hogy a rendszer hogyan teljesített sikeresen a daganatokon belül bekövetkező két állapot szekvenciájára.
Az első feltétel a savasság növekedése volt egy adott küszöbérték felett, a második pedig a glutation nevű anyag jelenléte volt, amelynek szintje magasabb bizonyos daganattípusokban.
Ennek a két feltételnek a teljesítése - pontosan ebben a sorrendben - tájékoztatja a nanokapszulát arról, hogy belép egy „többlépcsős tumor mikrokörnyezetbe”, aminek következtében felszabadítja a gyógyszerterhelését. Ha csak egy feltételnek felel meg, vagy fordított sorrendben teljesíti őket, akkor nem bocsátja ki a gyógyszert.
Senior tanulmány szerző Wei-Hong Zhu, a Sanghaji Kelet-Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem kémia professzora és csapata először laboratóriumi sejtekben, majd élő egerekben tesztelte a rendszert.
„A drogok új generációja”
A nanokapszula egyedi fluoreszcens markereket bocsát ki - egyet, ha megfelel az első feltételnek, és egy másikat, amikor megfelel a második feltételnek -, ami azt jelenti, hogy a gyógyszer szállításának előrehaladása pontosan követhető, ahogy történik.
Ez megnyitja annak lehetőségét, hogy a rendszert „intelligens fluoreszcens érzékelőként” használják a pontosabb diagnosztika érdekében.
Zhu professzor elmondja, hogy kollégáival úgy véli, hogy a kutatás egy „új generációs gyógyszerhez” vezet, amely programozható úgy, hogy logikus módon reagáljon a specifikus ingerekre.
Az egyik oka annak, hogy új rendszerük a gyógyszer szállítását egy másik szintre emeli, mert „szekvencia-alapú ÉS logikát” használ, és nem VAGY logikát használ a gyógyszer felszabadulásának kiváltásához.
A VAGY logikát használó szállítórendszer akkor bocsátja ki a gyógyszert, ha az megfelel bármelyik feltételnek, amelyre programozni szokták.
A szekvencia alapú ÉS logika alkalmazásával viszont a rendszer csak akkor bocsátja ki a gyógyszert, ha mindkét feltétel a megfelelő sorrendben teljesül.
A tudósok szerint ez a megközelítés jobban megvédi a gyógyszert a „romboló környezettől és a nemkívánatos kölcsönhatásoktól”, és biztosítja a kibocsátás pontosabb kiváltását „szükség esetén”.
Hogyan működik
Bár kényelmes leírni a gyógyszeradagoló rendszert „a gyógyszerterhelést magába foglaló nanokapszulaként”, ez nem szigorúan működik.
A rendszer valójában három részből álló hosszú molekulákat tartalmaz. Az első fluoreszcens jelet ad ki, a második egy „prodrug”, a harmadik pedig egy hosszú „polimer farok”. A prodrug felszabadulásakor rákellenes gyógyszerré metabolizálódik.
A pH vagy a savasság változásaira „rendkívül érzékenyen” reagál. És amikor a véráramból (ahol alacsonyabb a savasság) a daganatos környezetbe (ahol a savasság magasabb) mozog, akkor érzékeli a pH csökkenését.
Míg a pH magasabb, mint a programozott küszöb, a hosszú molekulák olyan alakot alkotnak, amelyet „micellának” neveznek. Ez egy gömbhöz hasonlít, az összes polimer farok kívül, a fluoreszkáló egységek pedig középen vannak. Ebben a formációban a fluoreszcens jel elnyomódik.
De amikor a micella olyan környezetbe kerül, amelyben a pH egy bizonyos küszöb alá esik, a képződés visszavonul, és a hosszú molekulákat elengedik.
Az első dolog az történik, hogy a fluoreszcens jelet már nem lehet elnyomni és észlelni lehet. Ez azt jelzi, hogy az AND logika első feltétele (a pH csökkenése) teljesült.
A hosszú molekulák felszabadulása lehetővé teszi a második feltétel hatását, ha teljesül. Ebben az esetben a glutationnak való kitettség megszakítja a kapcsolatot a hosszú molekula és a prodrug között. Miután elindította, a prodrug szabadon metabolizálódhat az aktív rákellenes gyógyszerré.
Két fluoreszcens jel
A prodrug elvesztése azt jelenti, hogy a hosszú molekula rövidebbé válik, ami elmozdulást okoz a fluoreszcens jel „színében” vagy hullámhosszában - amely még mindig kibocsátásra kerül - „zöldről lila-pirosra”. Ez azt jelzi, hogy az AND logika második feltétele teljesült a megfelelő sorrendben.
A szerzők megjegyzik, hogy ez a kettős hullámhosszú fluoreszcencia teszi a rendszert „alkalmassá a valós idejű háromdimenziós bio képalkotás elvégzésére”, amely „hatékony eszköz lehet a pontos diagnózis diagnosztizálására, különösen gyanús elváltozások esetén”.
Amikor a csapat sejtekben és élő egerekben tesztelte a rendszert, kiderült, hogy „kiváló többlépcsős tumorcélzási képességgel rendelkezik”. Az egereknél ez azt is kimutatta, hogy „a tumorellenes aktivitás jelentős fokozódása […] majdnem felszámolja a daganatot”.
"Ez a logikai értelemben vett nanoszonda prototípust biztosít az in vivo intelligens bioszenzáló szondák fejlesztéséhez a precízen programozható gyógyszeradagoló rendszerek számára."
Prof. Wei-Hong Zhu
