Fabrikker i nanostørrelse slår proteiner ud

Lægemidler fremstillet af protein har vist løfte om behandling af kræft, men de er svære at levere, fordi kroppen normalt nedbryder proteiner, før de når deres destination.

For at komme uden om den forhindring, et team af MIT -forskere har udviklet en ny type nanopartikel, der kan syntetisere proteiner efter behov. Når disse "protein-fabrik" partikler når deres mål, forskerne kan tænde proteinsyntesen ved at skinne ultraviolet lys på dem.

Partiklerne kunne bruges til at levere små proteiner, der dræber kræftceller, og til sidst større proteiner såsom antistoffer, der får immunsystemet til at ødelægge tumorer, siger Avi Schroeder, en postdoc i MITs David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research og hovedforfatter af et papir, der optræder i tidsskriftet Nano bogstaver .

“Dette er det første bevis på, at du rent faktisk kan syntetisere nye forbindelser fra inerte udgangsmaterialer inde i kroppen, ”Siger Schroeder, der arbejder i laboratorierne hos Robert Langer, MIT's David H. Koch Institute Professor, og Daniel Anderson, en lektor i sundhedsvidenskab og teknologi og kemiteknik.

Langer og Anderson er også forfattere til avisen, sammen med tidligere Koch Institute postdocs Michael Goldberg, Christian Kastrup og Christopher Levins

Efterligner naturen

Forskerne kom på ideen til proteinopbyggende partikler, når de forsøgte at tænke på nye måder at angribe metastatiske tumorer på-dem, der spredte sig fra det oprindelige kræftsted til andre dele af kroppen. Sådanne metastaser forårsager 90 procent af kræftdødsfald.

De besluttede at efterligne proteinfremstillingsstrategien, der findes i naturen. Celler gemmer deres proteinopbygningsinstruktioner i DNA, som derefter kopieres til messenger -RNA. At mRNA bærer proteinblåtagninger til cellestrukturer kaldet ribosomer, som læser mRNA og oversætter det til aminosyresekvenser. Aminosyrer bindes sammen for at danne proteiner.

”Vi ville bruge maskiner, der allerede har vist sig at være meget effektive. Ribosomer bruges i naturen, og de blev perfektioneret af naturen i milliarder af år for at være den bedste maskine, der kan producere protein, ”Siger Schroeder.

Forskerne designede de nye nanopartikler til selvsamling fra en blanding, der indeholder lipider-som danner partiklernes ydre skaller-plus en blanding af ribosomer, aminosyrer og de enzymer, der er nødvendige for proteinsyntese. Også inkluderet i blandingen er DNA -sekvenser for de ønskede proteiner.

DNA'et er fanget af en kemisk forbindelse kaldet DMNPE, som reversibelt binder sig til det. Denne forbindelse frigiver DNA'et, når det udsættes for ultraviolet lys.

"Du vil gerne være i stand til at udløse det, så systemet kun tændes, når du vil have det til at fungere, ”Siger Schroeder. ”Når partiklerne bliver ramt af lys, DNA frigives fra en burforbindelse og kan derefter komme ind i cyklussen med produktion af proteinet. ”

Programmerbare fabrikker

I dette studie, partikler blev programmeret til at producere enten grønt fluorescerende protein (GFP) eller luciferase, som begge let opdages. Test på mus viste, at partiklerne med succes blev tilskyndet til at producere protein, når UV -lys skinnede på dem.

At vente til partiklerne når deres destination, før de aktiveres, kan hjælpe med at forhindre bivirkninger fra et særligt giftigt stof, siger James Heath, professor i kemi ved California Institute of Technology. Imidlertid, flere test skal udføres for at demonstrere, at partiklerne ville nå deres tiltænkte destination hos mennesker, og at de kan bruges til at producere terapeutiske proteiner, han siger.

"Der er mange detaljer tilbage, der skal udarbejdes, for at dette kan være en terapeutisk tilgang, men det er et virkelig fantastisk og innovativt koncept, og det får bestemt gang i fantasien, ”Siger Heath, der ikke var en del af forskerholdet.

Forskerne arbejder nu på partikler, der kan syntetisere potentielle kræftlægemidler. Nogle af disse proteiner er giftige for både kræft og sunde celler - men ved hjælp af denne leveringsmetode, proteinproduktion kunne kun tændes i tumoren, undgå bivirkninger i raske celler.

Teamet arbejder også på nye måder at aktivere nanopartiklerne på. Mulige fremgangsmåder omfatter produktion udløst af surhedsgrad eller andre biologiske tilstande, der er specifikke for bestemte kropsområder eller celler.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.