Helikater møder rotaxaner for at skabe løfte om fremtidig sygdomsbehandling

En ny tilgang til behandling af kræft og andre sygdomme, der bruger et mekanisk sammenlåst molekyle som en 'magisk kugle' er designet af forskere ved University of Birmingham.

Kaldes rotaxaner, molekylerne er små nanoskala strukturer, der ligner en håndvægt med en ring fanget omkring den centrale stolpe. Forskere har eksperimenteret med rotaxaner baseret på tynde, trådlignende centrale indlæg i en årrække, men dette nye design bruger i stedet et meget større cylindrisk-formet supramolekylært 'helikat' molekyle-omkring 2nm langt og 1nm bredt-som har bemærkelsesværdig evne til at binde Y-formede kryds eller gafler i DNA og RNA.

Disse gafler dannes, når DNA replikerer og, i laboratorieundersøgelser, Birmingham -forskerne har vist, at når de binder til krydsene, cylindermolekylerne er i stand til at stoppe kræftceller, bakterier og vira fra reproduktion.

For at få kontrol over denne binding, teamet fra universitetets skoler for kemi og biovidenskab, samarbejdede med forskere i Wuhan, i Kina, og Marseille, i Frankrig, at løse udfordringen med at identificere en ringstruktur, der er stor nok til at passe omkring dette centrale cylindermolekyle. De har nu vist, at et kæmpe græskarformet molekyle, kaldet en cucurbit [10] uril) er i stand til at være vært for cylinderen. Når ringen er til stede, rotaxanmolekylet er ude af stand til at binde.

For at forhindre cylinderen i at glide ud af den græskarformede ring, forskerne tilføjede grene til hver ende af cylinderen. De demonstrerede, at cylinderen derefter bliver mekanisk låst inde i ringen, og at de kan bruge dette til at styre den måde, den supramolekylære cylinder interagerer med RNA og DNA.

Resultaterne, offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , vise ikke kun, hvordan disse komplekse molekyler kan produceres enkelt og effektivt, men også hvordan antallet af grene kan bruges til at regulere den hastighed, hvormed cylinderen kan slippe ud af den græskarformede ring-fra hurtigt til slet ikke.Dette tillader tidsmæssig kontrol af gaffelgenkendelsen og dermed den biologiske aktivitet.

Lederforsker, Professor Mike Hannon, forklarer:"Dette er en virkelig lovende ny tilgang, der udnytter robust og gennemprøvet kemi på en helt ny måde, der har potentiale til målrettet behandling af kræft og andre sygdomme.

"Vores tilgang er meget anderledes end førende kræftlægemidler, der normalt påvirker alle celler i kroppen, ikke kun kræftcellerne. Rotaxanmolekylet holder løftet om, at ved at tænde og slukke det efter behov det kan specifikt målrette og hæmme kræftceller med en høj grad af nøjagtighed. "

University of Birmingham Enterprise har en indgivet patentansøgning, der dækker strukturen og designet af disse nye rotaxaner, og teamet har allerede påbegyndt arbejdet med at undersøge en række forskellige applikationer til tilgangen.