Forskere udvikler nanotrain til målrettet kræftlægemiddeltransport

(Phys.org) —University of Florida-forskere har udviklet et "DNA-nanotrain", der hurtigt sporer dets nyttelast af kræftbekæmpende lægemidler og bioimaging-midler til tumorceller dybt inde i kroppen. Nanotrainets evne til omkostningseffektivt at levere høje doser af lægemidler til præcist målrettede kræftsygdomme og andre medicinske sygdomme uden at efterlade giftig nano-rod har været den undvigende hellige gral for forskere, der studerer den lillebitte verden af ​​DNA-nanoteknologi.

DNA -nanoteknologi har et stort løfte som en ny måde at levere kemoterapi direkte til kræftceller, men indtil nu, forskere har ikke været i stand til at dirigere nanoterapier til konsekvent at differentiere kræftceller fra raske. Andre begrænsende faktorer omfatter høje omkostninger, for små mængder medicin leveret og potentielle toksiske bivirkninger.

"De fleste nanoteknologier er afhængige af en nanopartikel -tilgang, og partiklerne er fremstillet af uorganiske materialer; efter at de er blevet brugt som bærer for stoffet, de bliver efterladt inde i kroppen, "sagde undersøgelsens hovedforsker, Weihong Tan, en UF -kendt professor i kemi, professor i fysiologi og funktionel genomik, og medlem af UF Shands Cancer Center og UF Genetics Institute. "Sammenlignet med eksisterende nanostrukturer, vores nanotrain er lettere og billigere at lave, er meget specifik for kræftceller, har en masse lægemiddelindlæsningskraft og er meget biokompatibel. "

Beskrevet i dagens nummer af Procedurer fra National Academy of Sciences , Tans DNA-nanotrain er en tredimensionel struktur, der består af korte DNA-strenge, der er bundet sammen til et langt tog. For enden af ​​nanotrænet er en aptamer, et lille stykke nukleinsyre, der fungerer som togets "lokomotiv" på biokemisk autopilot, der kan bruges til at binde sig til specifikke kræftceller. Bagved ligger bundne DNA-strukturer, der fungerer som side om side, kassebiler med høj kapacitet, "at transportere biobilleder eller lægemiddelgoder til deres mål.

"Det smukke ved nanotrænet er, at du ved hjælp af forskellige sygdomsbiomarkører kan tilslutte forskellige typer DNA -prober som togets 'lokomotiv' til at genkende og målrette forskellige typer kræftformer, "Sagde Tan." Vi har netop målrettet leukæmi, lungekræft og levercancer, og fordi DNA -sonderne er
så præcist ved kun at målrette mod bestemte typer kræftceller har vi set dramatisk reduktion i lægemiddeltoksicitet i forhold til standard kemoterapier, som ikke godt nok skelner mellem kræft og sunde celler. "

Tan og hans kolleger rapporterer, at DNA-nanotrænerne kan laves omkostningseffektivt ved at blande bits af DNA i et flydende medium. Blandingen udsættes derefter for en forbindelse, der stimulerer stykkerne af DNA til at opsøge hinanden og samle sig selv i DNA-nanotrænene. Den type kræftcelle, DNA -nanotrainet vil søge og ødelægge, bestemmes af den specifikke forbindelse, der tilsættes til blandingen som udløser.

Undersøgelsen demonstrerede in vitro og hos mus, at DNA -nanotrænerne udelukkende er målrettet mod kræftcellerne, som deres prober var programmeret til. DNA -sonderne går direkte til kræftcellerne, hvilket får nanotrænerne til at lægge til på cellemembranerne og få adgang til cellerne. En gang indenfor, stoffets nyttelast spredes, dræber kræftcellerne, en proces Tan og hans team overvåget i realtid ved at måle mængden af ​​fluorescerende lys, der udsendes. De bionedbrydelige komponenter i DNA -nanotrænerne henfalder med de døde kræftceller og fjernes af kroppens normale husholdningsmekanismer.

"Vores undersøgelse fandt ud af, at når den er fyldt med medicin mod kræft, disse nanotrainer hæmmede tumorvækst hos mus mere end i dem, der modtog lægemidler injiceret frit i blodbanen. Hvad der er mere spændende er, at musene, der blev behandlet med disse nanotræninger, fik dramatisk færre bivirkninger end dem, der blev behandlet med gratis medicin, "sagde Guizhi Zhu, en UF -doktorand, der var medvirkende til undersøgelsen. "Det er det, vi sigter mod at opnå for fremtidig klinisk sundhedspleje af kræftpatienter."

Ud over længere overlevelse og hæmmet tumorvækst, musene, der blev behandlet med nanotrain -lægemiddeltilførsel, oplevede mindre vægttab og er fysisk bedre i stand end både musene, der modtog injiceret terapi, og musekontrolgruppen, der ikke modtog nogen behandling. Tan og hans team tilskriver disse forbedrede resultater til stærkt reduceret toksicitet opnået ved den målrettede nanotrain -lægemiddeltilførsel.

"Vi synes, vi har demonstreret, at disse DNA -nanotræner er en lovende målrettet lægemiddeltransportplatform til levering af kræftkemoterapeutika med meget lav toksicitet til sunde væv, og at platformen har bred anvendelse til mange forskellige kræftformer, "Sagde Tan." Fremadrettet, vi arbejder på at identificere optimal dosering ved hjælp af musemodeller for T-celle leukæmi, lungekræft og leverkræft og tredobbelt negativ brystkræft.

"Det er meget spændende, men vi har stadig lang vej til menneskelige forsøg, " han sagde.