Flying carpet-teknik bruger grafen til at levere en-to-punch af kræftmedicin

(Phys.org) – Et internationalt team af forskere har udviklet en medicinafgivelsesteknik, der bruger grafenstrimler som "flyvende tæpper" til at levere to kræftlægemidler sekventielt til kræftceller, med hvert lægemiddel rettet mod den særskilte del af cellen, hvor det vil være mest effektivt. Teknikken viste sig at fungere bedre end begge lægemidler isoleret, når den blev testet i en musemodel rettet mod en human lungekræfttumor.

Forskerne fandt også, at et anticancerprotein, STI, kan tjene som et aktivt målmolekyle til at binde sig direkte til overfladen af ​​kræftceller, som ikke tidligere var påvist. Arbejdet blev udført af forskere ved North Carolina State University, University of North Carolina ved Chapel Hill, og China Pharmaceutical University (CPU).

I dette studie, forskerne vedhæftede to lægemidler - TRAIL og doxorubicin (Dox) - på grafenstrimler. Grafen er en todimensional plade af kulstof, der kun er et atom tyk. Fordi TRAIL er mest effektivt, når det leveres til den ydre membran af en kræftcelle, mens Dox er mest effektiv, når den leveres til kernen, forskerne ønskede at levere stofferne sekventielt, med hvert lægemiddel, der rammer en kræftcelle, hvor det vil gøre mest skade.

Dox er fysisk bundet til grafenet på grund af ligheder i stoffets og grafenens molekylære struktur. TRAIL er bundet til overfladen af ​​grafen af ​​en kæde af aminosyrer kaldet peptider.

"Disse lægemiddelrige grafenstrimler indføres i blodbanen i opløsning, og derefter rejse gennem blodbanen som flyvende tæpper i nanoskala, " forklarer Dr. Zhen Gu, seniorforfatter til et papir, der beskriver arbejdet og en adjunkt i det fælles biomedicinske ingeniørprogram ved NC State og UNC-Chapel Hill.

En gang i blodbanen, disse flyvende tæpper udnytter det faktum, at kræftsvulster får nærliggende blodkar til at lække ved at bruge disse lækager til at trænge ind i tumoren.

Når det flyvende tæppe kommer i kontakt med en kræftcelle, receptorer på overfladen af ​​cellen låser sig fast på TRAIL. I mellemtiden enzymer, der er almindelige på overfladen af ​​kræftceller, adskiller peptiderne, der forbinder TRAIL og grafen. Dette gør det muligt for cellen at absorbere den Dox-ladede grafen og efterlader TRAIL på overfladen, hvor det begynder en proces, der udløser celledød.

Efter at det flyvende tæppe er "slugt" af cellen, det sure miljø inde i cellen fremmer adskillelsen af ​​Dox fra grafen - frigør det til at angribe kernen.

"Vi har demonstreret, at TRAIL i sig selv kan bruges til at knytte et lægemiddelleveringssystem til en kræftcelle, uden at bruge mellemliggende materiale - hvilket er noget, vi ikke vidste, " siger Gu. "Og fordi grafen har et stort overfladeareal, denne teknik forbedrer vores evne til at anvende TRAIL til sit mål på cancercellemembraner."

Forskerne testede den flyvende tæppe-lægemiddelleveringsteknik i prækliniske forsøg mod humane lungekræfttumorer (cellelinje A549) i laboratoriemus. Teknikken var betydeligt mere effektiv end Dox eller TRAIL i sig selv, eller til en kombination af Dox og TRAIL, hvor peptidforbindelsen mellem graphene og TRAIL ikke kunne afbrydes.

"Vi forsøger nu at sikre finansiering til at støtte yderligere prækliniske undersøgelser for at bestemme, hvordan man bedst kan fortsætte med denne nye teknik, " siger Gu.

Papiret, "Furin-medieret sekventiel levering af anticancercytokin og lægemiddel med små molekyler transporteret af grafen, " blev offentliggjort i tidlig visning online 15. december Avancerede materialer .