Forskere konstruerer nanoskala hvælvinger til at indkapsle nanodisketter til levering af lægemidler

(PhysOrg.com) - Der er ingen tvivl, medicin virker til behandling af sygdomme. Men kan de fungere bedre, og sikrere?

I de seneste år, forskere har kæmpet med udfordringen med at administrere terapeutika på en måde, der øger deres effektivitet ved at målrette mod specifikke celler i kroppen og samtidig minimere deres potentielle skade på sundt væv.

Udviklingen af ​​nye metoder, der bruger konstruerede nanomaterialer til at transportere lægemidler og frigive dem direkte i celler, rummer et stort potentiale på dette område. Og mens flere sådanne lægemiddelleveringssystemer-herunder nogle, der bruger dendrimerer, liposomer eller polyethylenglycol - har vundet godkendelse til klinisk brug, de er blevet hæmmet af størrelsesbegrænsninger og ineffektivitet i nøjagtigt målrettet væv.

Nu, forskere ved UCLA har udviklet et nyt og potentielt langt mere effektivt middel til målrettet lægemiddellevering ved hjælp af nanoteknologi.

I en undersøgelse, der skal offentliggøres i det trykte nummer af tidsskriftet 23. maj Lille (og i øjeblikket tilgængelig online), de demonstrerer evnen til at pakke lægemiddelbelastede "nanodiske" ind i hvælvede nanopartikler, naturligt forekommende nanoskala kapsler, der er konstrueret til terapeutisk lægemiddelafgivelse. Undersøgelsen repræsenterer det første eksempel på at bruge hvælvinger mod dette mål.

UCLA -forskerteamet blev ledet af Leonard H. Rome og omfattede hans kolleger Daniel C. Buehler og Valerie Kickhoefer fra UCLA Department of Biological Chemistry; Daniel B. Toso og Z. Hong Zhou fra UCLA Department of Microbiology, Immunologi og molekylær genetik; og California NanoSystems Institute (CNSI) ved UCLA.

Vault nanopartikler findes i cytoplasmaet i alle pattedyrceller og er et af de største kendte ribonukleoproteinkomplekser i sub-100-nanometerområdet. En hvælving er i det væsentlige tøndeformet nanokapsel med en stor, hul interiør-egenskaber, der gør dem modne til konstruktion i et køretøj til levering af lægemidler. Evnen til at indkapsle terapeutiske forbindelser med små molekyler til hvælvinger er afgørende for deres udvikling til levering af lægemidler.

Rekombinante hvælvinger er nonimmunogene og har gennemgået betydelig konstruktion, herunder celleoverfladereceptor-målretning og indkapsling af en lang række proteiner.

"Et hvælv er en naturligt forekommende proteinpartikel, og det forårsager derfor ingen skade på kroppen, sagde Rom, CNSI associeret direktør og professor i biologisk kemi. "Disse hvælv frigiver terapeutisk langsomt, som en sil, gennem små, små huller, hvilket giver stor fleksibilitet til levering af lægemidler. "

Det indre hulrum i den rekombinante hvælv nanopartikel er stort nok til at rumme hundredvis af lægemidler, og fordi hvælvinger er på størrelse med små mikrober, en hvælvingspartikel indeholdende medicin kan let optages i målrettede celler.

Med det formål at skabe en hvælving, der er i stand til at indkapsle terapeutiske forbindelser til lægemiddellevering, UCLA -doktorand Daniel Buhler designede en strategi for at pakke endnu en nanopartikel, kendt som en nanodisk (ND), ind i hvælvingens indre hulrum, eller lumen.

"Ved at pakke lægemiddelbelastede ND'er ind i hvælvingens lumen, ND og dets indhold ville være afskærmet fra det eksterne medium, "Sagde Buehler." Desuden er i betragtning af den store hvælving interiør, det kan tænkes, at flere ND'er kan pakkes, hvilket ville øge den lokaliserede lægemiddelkoncentration betydeligt. "

Ifølge forsker Zhou, professor i mikrobiologi, immunologi og molekylær genetik og direktør for CNSI's Electron Imaging Center for NanoMachines, elektronmikroskopi og røntgenkrystallografiundersøgelser har afsløret, at både endogene og rekombinante hvælvinger har en tynd proteinskal, der omslutter et stort internt volumen på ca. 100, 000 kubik nanometer, som potentielt kan indeholde hundreder til tusinder af småmolekylære forbindelser.

"Disse funktioner gør rekombinante hvælvinger til et attraktivt mål for teknik som en platform for levering af lægemidler, "Zhou sagde." Vores undersøgelse repræsenterer det første eksempel på at bruge hvælvinger mod dette mål. "

"Hvælvinger kan have en bred nanosystem -applikation som formbare nanokapsler, "Tilføjede Rom.

De rekombinante hvælvinger er konstrueret til at indkapsle den meget uopløselige og toksiske hydrofobe forbindelse all-trans-retinsyre (ATRA) ved hjælp af et hvælvebindende lipoproteinkompleks, der danner et lipid-dobbeltlags nanodisk.