Hurtig, præcist nyt nanopartikelbaseret sensorsystem til screening af kræftlægemidler

Traditionel genomisk, proteomiske og andre screeningsmetoder, der i øjeblikket anvendes til at karakterisere lægemiddelmekanismer, er tidskrævende og kræver særligt udstyr, men nu tilbyder forskere ledet af kemiker Vincent Rotello ved University of Massachusetts Amherst en multi-kanal sensormetode ved hjælp af guld nanopartikler, der nøjagtigt kan profilere forskellige anti-cancer lægemidler og deres mekanismer på få minutter.

Som Rotello og hans doktorgradsstuderende Le Ngoc, en af ​​hovedforfatterne, forklare, at opdage et nyt lægemiddel til enhver sygdom, forskere skal screene milliarder af forbindelser, hvilket kan tage måneder. En af de ekstra nøgler til at bringe et nyt lægemiddel på markedet, tilføjer de, er at identificere, hvordan det fungerer, dens kemiske mekanisme. "Hurtig bestemmelse af lægemiddelmekanismen ville i høj grad strømline lægemiddelopdagelsesprocessen, åbning af pipeline af nye terapier, " siger Ngoc.

Hun tilføjer, "Lægemidler med forskellige mekanismer forårsager ændringer i overfladen af ​​celler, som kan aflæses ved hjælp af det nye sensorsystem. Vi fandt ud af, at hver lægemiddelmekanisme genererede et unikt mønster, og vi brugte disse celleoverfladeforskelle til hurtigt at profilere forskellige lægemiddelmekanismer." Detaljer om dette arbejde vises i det aktuelle nummer af Natur nanoteknologi .

For at fremskynde lægemiddelscreening, forskerholdet, som udover kemikerne inkluderer en UMass Amherst kognitiv videnskabsmand og en materialeforsker fra Imperial College, London, udviklet en ny, signaturbaseret tilgang ved hjælp af et guld nanopartikelsensorsystem og tre forskelligt mærkede proteiner efter farve:blå, grøn og rød. Brug af en konstrueret nanopartikel og tre fluorescerende proteiner giver "en tre-kanals sensor, der kan trænes til at detektere subtile ændringer i celleoverfladeegenskaber, " bemærker forfatterne.

Lægemiddelinducerede celleoverfladeændringer udløser forskellige sæt af fluorescerende proteiner til at tænde sammen, tilbyder mønstre, der identificerer specifikke celledødsmekanismer. Den nye nanosensor kan generaliseres til forskellige celletyper og kræver ikke behandlingstrin før analyse. Så, det tilbyder en enkel, effektiv måde at fremskynde forskning i lægemiddelopdagelse, toksikologi og cellebaseret sansning, tilføjer forskerne.

Nogle signaturbaserede lægemiddelscreeninger ved hjælp af traditionelle biomarkører findes i dag, men det kræver multi-trin cellebehandling og specialudstyr, begrænser dets anvendelighed, påpeger forfatterne. Med deres tre-kanal, guld nanopartikel sensor platform, Rotello og kolleger løser disse udfordringer og øger nøjagtigheden. Yderligere, de siger, "det informationsrige output gør det muligt at bestemme en kemoterapeutisk mekanisme ud fra en enkelt måling, give svar langt hurtigere (i minutter) end de nuværende metoder, ved hjælp af standard laboratorieinstrumenter."

Denne opfindelse kan have en væsentlig potentiel indvirkning på lægemiddelopdagelsespipelinen, siger Ngoc. "Sensoren er ikke kun i stand til at profilere mekanismer for individuelle lægemidler, men også bestemme mekanismerne for lægemiddelblandinger, det er, lægemiddel 'cocktails', der er et spirende værktøj med mange terapier, " tilføjer hun.

Rotello understreger, "Selvom vi har en anstændig viden om individuelle stoffer, vi har stadig meget at lære om kombinationsterapiernes mekanismer. Ud over lægemiddelscreening, enkelheden og hastigheden af ​​denne muliggørende teknologi lover i høj grad at fremskynde søgen efter effektive kræftbehandlinger, og giver et skridt fremad inden for områder som toksikologi, hvor sikkerheden for tusindvis af ukategoriserede kemikalier skal vurderes.

Forskerne påpeger, at deres nye sensorsystem tilbyder "en potentiel vej frem for toksikologi, at give en levedygtig metode til at klassificere titusindvis af kommercielle kemikalier, for hvilke der ikke er tilgængelige data."