Små blaffere angriber kræftceller:Guldnanostjerner leverede først lægemiddel direkte til kræftcellekernen

Nanoteknologi giver kraftfulde nye muligheder for målrettede kræftbehandlinger, men designudfordringerne er mange. Northwestern University forskere er nu de første til at udvikle en enkel, men specialiseret nanopartikel, der kan levere et lægemiddel direkte til en kræftcelles kerne - en vigtig funktion for effektiv behandling.

De er også de første til direkte at forestille sig i nanoskala dimensioner, hvordan nanopartikler interagerer med en kræftcelles kerne.

"Vores narkostylede guld-nanostarer er små liftere, "sagde Teri W. Odom, der ledede undersøgelsen af ​​humane livmoderhalskræft- og ovariecancerceller. "De tiltrækkes af et protein på kræftcellens overflade, der bekvemt sender nanostjernerne til cellens kerne. Derefter, på kernens dørtrin, nanostjernerne frigiver stoffet, som fortsætter ind i kernen for at udføre sit arbejde. "

Odom er bestyrelsen for Lady Managers ved den colombianske udstillingsprofessor i kemi ved Weinberg College of Arts and Sciences og professor i materialevidenskab og teknik ved McCormick School of Engineering and Applied Science.

Ved hjælp af elektronmikroskopi, Odom og hendes team fandt ud af, at deres nanopartikler fyldt med lægemidler dramatisk ændrer formen på kræftcellekernen. Hvad begynder som en dejlig, glat ellipsoid bliver en ujævn form med dybe folder. De opdagede også, at denne ændring i form efter lægemiddelfrigivelse var forbundet med celler, der dør, og cellepopulationen blev mindre levedygtig - begge positive resultater, når man beskæftiger sig med kræftceller.

Resultaterne offentliggøres i tidsskriftet ACS Nano .

Siden denne indledende forskning, forskerne er gået videre med at undersøge virkningerne af de narkostylede guld-nanostjerner på 12 andre humane kræftcellelinjer. Effekten var stort set den samme. "Alle kræftceller reagerer tilsyneladende på samme måde, "Odom sagde." Dette tyder på, at nukleolinproteinets shuttling-muligheder for funktionaliserede nanopartikler kunne være en generel strategi for nukleart målrettet lægemiddellevering. "

Nanopartiklen er enkel og smart designet. Den er lavet af guld og ligner en stjerne, med fem til 10 point. (En nanostjerne er cirka 25 nanometer bred.) Det store overfladeareal gør det muligt for forskerne at indlæse en høj koncentration af lægemiddelmolekyler på nanostjernen. Der ville være behov for mindre lægemiddel end nuværende terapeutiske fremgangsmåder ved anvendelse af frie molekyler, fordi lægemidlet er stabiliseret på overfladen af ​​nanopartiklen.

Lægemidlet, der blev brugt i undersøgelsen, er en enkeltstrenget DNA-aptamer kaldet AS1411. Cirka 1, 000 af disse tråde er fastgjort til hver nanostars overflade.

DNA -aptameren tjener to funktioner:den tiltrækkes og bindes til nukleolin, et protein, der er overudtrykt i kræftceller og findes på celleoverfladen (såvel som i cellen). Og da den blev frigivet fra nanostjernen, DNA -aptamer fungerer også som selve stoffet.

Bundet til nukleolin, de narkotika-fyldte guldnanostarer udnytter proteinets rolle som en shuttle inden for cellen og hitchhike deres vej til cellekernen. Forskerne retter derefter ultrahurtige lysimpulser - svarende til dem, der blev brugt ved LASIK -kirurgi - mod cellerne. Det pulserende lys spalter bindingsvedhæftningerne mellem guldoverfladen og de thiolerede DNA -aptamerer, som derefter kan komme ind i kernen.

Ud over at tillade en stor mængde lægemiddel at blive læsset, nanostarens form hjælper også med at koncentrere lyset på punkterne, lette frigivelse af lægemidler på disse områder. Narkotika frigivelse fra nanopartikler er et vanskeligt problem, Odom sagde, men med guldnanostjernerne sker frigivelsen let.

At guld -nanostjernen kan levere stoffet uden at skulle passere gennem kernemembranen betyder, at nanopartiklen ikke skal have en bestemt størrelse, tilbyder designfleksibilitet. Også, nanostjernerne fremstilles ved hjælp af en biokompatibel syntese, hvilket er usædvanligt for nanopartikler.

Odom forestiller sig lægemiddeltilførselsmetoden, en gang optimeret, kan være særlig nyttig i tilfælde, hvor tumorer er temmelig tæt på hudens overflade, såsom hud og nogle brystkræftformer. (Lyskilden vil være ekstern i forhold til kroppen.) Kirurger, der fjerner kræftsvulster, kan også finde guldnanostjernerne nyttige til at udrydde eventuelle vildfarne kræftceller i omgivende væv.