Drag-and-Drop DNA:Ny teknik, der hjælper udviklingen af ​​nye kræftlægemidler

(Phys.org)-Ved hjælp af en simpel "træk-og-slip" computergrænseflade og DNA-selvsamlingsteknikker, forskere har udviklet en ny tilgang til lægemiddeludvikling, der drastisk kan reducere den tid, det tager at oprette og teste medicin.

I arbejde støttet af et National Science Foundation (NSF) Small Business Innovation Research -stipendium, forskere fra Parabon NanoLabs of Reston, Va., for nylig udviklet og begyndte at evaluere et lægemiddel til bekæmpelse af den dødelige hjernekræft glioblastoma multiforme.

Nu, med støtte fra et NSF Technology Enhancement for Commercial Partnerships (TECP) -tilskud, Parabon har indgået et partnerskab med Janssen Research &Development, LLC, en del af Janssen Pharmaceutical Companies i Johnson &Johnson, at bruge teknologien til at skabe og teste effekten af ​​et nyt prostatakræftmedicin.

"Vi kan nu udskrive, 'molekyle for molekyle, præcis den forbindelse, vi ønsker, "siger Steven Armentrout, hovedforsker på NSF-tilskud og medudvikler af Parabons teknologi. "Det, der adskiller vores nanoteknologi fra andre, er vores evne til hurtigt, og præcist, specificer placeringen af ​​hvert atom i en forbindelse, vi designer. "

Den nye teknologi kaldes Parabon Essemblix Drug Development Platform, og den kombinerer deres computer-aided design (CAD) software kaldet inSquio med nanoskala-fremstillingsteknologi.

Forskere arbejder inden for inSquio med at designe molekylære stykker med specifikke, funktionelle komponenter. Softwaren optimerer derefter designet ved hjælp af Parabon Computation Grid, en cloud-supercomputeringsplatform, der bruger proprietære algoritmer til at søge efter sæt af DNA-sekvenser, der kan samle disse komponenter selv.

"Når man designer en terapeutisk forbindelse, vi kombinerer viden om de cellereceptorer, vi er målrettet mod, eller biologiske veje, vi forsøger at påvirke, med en forståelse af den sammenkædende kemi, der definerer, hvad der er muligt at samle, "siger Hong Zhong, seniorforsker ved Parabon og en samarbejdspartner om tilskuddene. "Det er en bevidst og metodisk ingeniørproces, hvilket er ganske anderledes end de fleste andre lægemiddeludviklingsmetoder, der bruges i dag. "

Med de resulterende sekvenser, forskerne syntetiserer kemisk billioner af identiske kopier af de designede molekyler. Processen, fra undfangelse til produktion, kan udføres i uger, eller endda dage - meget hurtigere end traditionelle lægemiddelopdagelsesteknikker, der er afhængige af forsøg og fejl for screening af potentielt nyttige forbindelser.

In vivo -eksperimenter, finansieret af NSF SBIR -prisen, validerede tilgangen, og Parabon indgav et foreløbigt patent på sine metoder og forbindelser den 4. maj, 2011. Den endelige ansøgning blev offentliggjort i 2012.

Processen er karakteristisk for rationelt lægemiddeldesign, et forsøg på at fremstille lægemidler baseret på viden om, hvordan visse molekylære stykker vil arbejde sammen i et biologisk system. For eksempel, nogle molekyler er gode til at finde kræftceller, mens andre er gode til at holde fast i kræftceller, mens endnu andre er i stand til at dræbe celler. At arbejde sammen som en del af et større molekyle, disse stykker kan vise sig effektive som kræftbehandling.

Selvom der er andre metoder til at oprette multikomponentforbindelser, de tager generelt mere tid, og, mest vigtige, størstedelen af ​​dem mangler den præcise kontrol over størrelsen, ladning og den relative placering af komponenter muliggjort af den nye teknologi. Det seneste TECP -tilskud gav et supplement til Parabon til støtte for yderligere forskning, der vil hjælpe de nye teknologier med at opfylde markedets krav.

TECP -tilskud er en mekanisme, der er tilgængelig for NSF Phase II SBIR/STTR -støttemodtagere, hjælpe med at forbedre deres kommercielle succes ved at sætte dem i stand til at opbygge partnerskaber med større virksomheder og investorer. Disse partnere kræver generelt, at nye produkter opfylder fastsatte specifikationer og standarder, og TECP supplerende priser giver finansiering til den forskning, der kræves for at opfylde disse parametre. Som med Parabon og Janssen, de virksomheder, der samarbejder med TECP -støttemodtagere, giver input, der hjælper med at styre den teknologiske udvikling yderligere.

"Partnerskaber anerkendes som en kritisk succesfaktor for små virksomheder, der kommercialiserer teknologi, "siger Ruth Shuman, NSF -programdirektøren, der fører tilsyn med NSF TECP -indsatsen. "Imidlertid, potentielle partnere kræver ofte tekniske specifikationer og kræver proof-of-concept-data som en forudsætning for partnerskab, krav, der ligger uden for omfanget af små virksomheders oprindelige mål. Denne supplerende finansiering gør det muligt for små virksomheder at foretage yderligere forskning for at opfylde kravene fra en virksomhedspartner, potentielt fører til kommercielle produkter og tjenester, og et vellykket partnerskab. "

Parabon- og Janssen-forskerne har til hensigt, at deres nye prostatakræftmedicin skal overvinde flere eksisterende kræftbehandlingshindringer. Lægemiddeldesignet kombinerer et toksin med et kemikalie, der gør kræftceller modtagelige for det toksin. Derudover lægemidlet indeholder komponenter, der forbedrer levering til kræftceller og samtidig undgår sundt væv, og kemiske markører, der gør det muligt for forskere at overvåge lægemidlets ankomst til tumorer. For den nye forbindelse, samlet designtid plus syntesetid vil være et spørgsmål om uger.

"I øjeblikket, de fleste lægemidler er udviklet ved hjælp af en screeningsteknik, hvor du prøver mange kandidatforbindelser mod mål for at 'se, hvad der klæber', "siger Armentrout." I stedet for vi designer meget specifikke lægemidler baseret på deres molekylære struktur, med målmolekyler, der binder til receptorer på bestemte typer kræftceller. På plug-and-play måde, vi kan bytte ind eller bytte nogen af ​​de funktionelle komponenter, efter behov, for en række behandlingsmetoder. "

Samtidig, Parabon udvikler andre applikationer til teknologien, herunder syntetiske vacciner til biologisk forsvar og genterapier, der kan målrette mod sygdom, baseret på information fra et individs genom. Teknologien har også applikationer uden for medicin, og Parabons medstiftere Chris Dwyer og Michael Norton bygger videre på det indledende NSF-understøttede arbejde med at udvikle processer til at skabe nanoskala logiske porte, enheder kritiske til computing, og molekylære nanosensorer.