Nanorør lavet af planter kan tillade levering af DNA ind i celler, forbedre kemoterapibehandlingen

(Phys.org) —Forskere med University of Floridas Institute of Food and Agricultural Sciences tog, hvad nogle ville betragte som affald og lavede et bemærkelsesværdigt videnskabeligt værktøj, en, der en dag kunne hjælpe med at rette genetiske lidelser eller behandle kræft uden kemoterapis grimme bivirkninger.

Wilfred Vermerris, lektor ved UF's afdeling for mikrobiologi og cellevidenskab, og Elena Ten, en postdoc forskningsassistent, skabt af planteaffald en ny nanorør, en, der er meget mere fleksibel end stive kulstof nanorør, der bruges i øjeblikket. Forskerne siger, at lignin nanorør - omkring 500 gange mindre end en menneskelig øjenvippe - kan levere DNA direkte ind i kernen af ​​menneskelige celler i vævskultur, hvor dette DNA derefter kunne korrigere genetiske tilstande. Eksperimenter med DNA -injektion udføres i øjeblikket med carbon nanorør, såvel.

"Det var et overraskende resultat, " sagde Vermerris. "Hvis du kan gøre dette i faktiske mennesker, kan du reparere defekte gener, der forårsager sygdomssymptomer og erstatte dem med funktionelt DNA leveret med disse nanorør."

Nanorøret består af lignin fra plantemateriale hentet fra et UF biofuel pilotanlæg i Perry, Fla. Lignin er en integreret del af plantens sekundære cellevægge og muliggør vandbevægelse fra rødderne til bladene, men det bruges ikke til at lave biobrændstoffer og ville ellers blive brændt for at generere varme eller elektricitet på biobrændstofanlægget. Lignin -nanorørene kan fremstilles af en række planterester, herunder sorghum, poppel, loblolly fyr og sukkerrør.

Forskerne testede først for at se, om nanorørene var giftige for menneskelige celler og blev overraskede over at opdage, at de var mindre end kulnanorør. Dermed, de kunne levere en højere dosis medicin til det humane cellevæv. Så undersøgte de, om nanorørene kunne levere plasmid-DNA til de samme celler, og det lykkedes, også. Et plasmid er et lille DNA-molekyle, der er fysisk adskilt fra, og kan replikere uafhængigt af, kromosomalt DNA i en celle.

"Det er ikke en særlig glat vej, fordi vi var nødt til at prøve forskellige eksperimenter for at bekræfte resultaterne, "Ti sagde." Men det var meget frugtbart. "

I tilfælde af genetiske lidelser, nanorøret ville blive fyldt med en fungerende kopi af et gen, og sprøjtes ind i kroppen, hvor det ville målrette mod det berørte væv, som derefter laver det manglende protein og korrigerer den genetiske lidelse.

Selvom Vermerris advarede om, at behandling hos mennesker er mange år væk, blandt de betingelser, som disse genbærende nanorør kunne korrigere, omfatter cystisk fibrose og muskeldystrofi. Men, han tilføjede, at patienterne løbende skulle tage det korrigerende DNA via nanorør.

En anden ansøgning under overvejelse er at bruge lignin nanorør til levering af kemoterapi-lægemidler til cancerpatienter. Nanorørene ville sikre, at stofferne kun kommer til tumoren uden at påvirke sunde væv.

Vermerris sagde, at de skabte forskellige typer nanorør, afhængigt af forsøget. De kunne også tilpasse nanorør til en patients specifikke behov, en proces kaldet tilpasning.

"Du kan tænke på det som en kommode og, afhængig af applikationen, du åbner en skuffe eller bruger materialer fra en anden skuffe for at få tingene helt rigtige til din specifikke applikation, " sagde han. "Det er ikke særlig svært at lave tilpasningen."

Det næste trin i forskningsprocessen er, at Vermerris og Ten skal begynde forsøg med mus. De er i ansøgningsprocessen for disse eksperimenter, som ville tage flere år at gennemføre. Hvis det lykkes, tilladelser skulle indhentes for at deres lægeskolekolleger kan udføre forskning på menneskelige patienter, med Vermerris og Ten, der leverer nanorørene til den forskning.

"Vi er langt fra det punkt, " sagde Vermerris. "Det er den optimistiske langsigtede bane."

Arbejdet er et samarbejde med kolleger på Ingeniørhøjskolen UF og Medicinsk Højskole, herunder læger Arun Srivastava, Chen Ling og Amelia Dempere. Det blev finansieret, delvis, med et tilskud på 5,4 millioner USD fra det amerikanske landbrugsministerium, sammen med støtte fra UF/IFAS, det offentlige sundhedsvæsen, National Institutes of Health, Children's Miracle Network, UF Clinical and Translational Science Institute Pilot Trainee Project Award, Alex's Lemonade Stand Foundation for Childhood Cancer og Bankhead-Colely Cancer Research Program.

Et papir om deres resultater blev offentliggjort i februar i tidsskriftet Biomakromolekyler .