Dendrimer-teknologi får fat i celleproteiner, kunne forbedre kræftbehandlingen

Purdue-forskere har udtænkt en måde at fange de finere detaljer i komplekse celleprocesser ved at bruge bittesmå syntetiske partikler kendt som dendrimerer, en teknologi, der kan føre til mere målrettet behandling af kræft.

En præcis forståelse af, hvordan celler opsluger små partikler, en proces kendt som endocytose, kunne hjælpe forskere med at forbedre medicinafgivelsen og afsløre mekanismerne bag vira. Men partiklerne "spist" af celler og proteinerne, der kontrollerer celleindgangsveje, er for få til, at konventionelle teknologier kan opdage.

W. Andy Tao, professor i biokemi, og hans samarbejdspartnere udviklede en metode, der sender dendrimerer ind i celler for at spore, fange og isolere proteiner, der regulerer celle internaliseringsprocessen, identifikation af 809 proteiner involveret i celleindgangsveje.

Teknologien, kendt som Tracing Internalization and TrAfficking of Nanomaterials eller TITAN, "hjælper os med at forstå, hvordan celler internaliserer ekstracellulære partikler, og hvordan de flytter disse partikler rundt, " sagde Tao. "Dette er alt sammen nyttigt, værdifuld information for fremtiden, da vi forsøger at afbryde disse processer for at holde skadelige ting som virus ude eller arbejde med processerne for at levere et nyttigt stof. "

Dendrimerer er symmetrisk forgrenede nanopartikler, svarer i størrelse til naturligt forekommende proteiner. Betyder "trælignende" molekyle, en dendrimers lille størrelse og struktur gør den til en ideel kurer til at transportere en række molekyler via dens mange grene ind i en celle. En af dendrimerers mest værdifulde roller er målrettet lægemiddellevering til sygdomme som cancer. Dendrimerer kan selektivt levere medicin til kræftceller i modsætning til kemoterapi, som ødelægger både sunde og kræftceller.

Tao og teamet modificerede dendrimererne kemisk, før de sendte dem ind i cellerne med et fluorescerende mærke, der ville gøre dendrimererne lettere at få øje på, når de rejste inde i cellen; et fotoreaktivt tværbinder, der ville gøre det muligt for dendrimerer at binde sig til proteiner under UV-stråling; og et "håndtag", hvormed forskerne kunne fiske dendrimererne ud fra resten af ​​cellematerialet.

Da forskerne bestrålede cellerne, dendrimererne indeni greb alle proteiner i deres omgivelser, giver en realtid, fryserammebillede af hvilke proteiner der regulerer endocytose. Holdet bestrålede cellerne med tre forskellige tidsintervaller - 30 minutter, en time og to timer.

"Vi så forskellige molekyler på hvert tidspunkt, der fortalte os, hvor dendrimeren var, og ved hvilke mekanismer den blev leveret ind i cellen, "Tao sagde." Sig, at du kørte til Wal-Mart, men i stedet for at fortælle mig, hvilke veje du har kørt, du tog billeder af bygninger og vartegn på forskellige tidspunkter undervejs. Disse billeder vil fortælle mig, hvilke veje du tog. Det er den samme metode."

Forskerne brugte massespektrometri til at isolere og identificere hundredvis af proteiner involveret i endocytose, bekræfter mekanismer, som mange biologer tidligere havde antaget.

At vide, hvilke proteiner der styrer endocytose, og på hvilke stadier kunne hjælpe forskere med at forfine leveringen af ​​nanomedicin og muligvis gøre den mere mobil i celler, sagde Tao.

"Vi kan udtrække en masse afgørende information fra TITAN, " sagde han. "Dette er en platformsteknologi, der åbner en ny måde at studere mange små biologiske processer i cellen på."

Nogle af TITANs potentielle applikationer omfatter bestemmelse af, hvordan vira kommer ind og bevæger sig inde i celler, afslører, hvordan kræftceller kommunikerer med hinanden og hjælper med at spore, hvor nanopartikler ender inde i cellen, en funktion, der er relativt ukendt.

"Meget nanoteknologi bliver udviklet, men vi har virkelig ingen idé om, hvilke sikkerheds- eller toksicitetsproblemer der kan være involveret, " Tao said. "Understanding where these nanoparticles go in the cell and if they degrade over time is important. TITAN can track how nanoparticles move in the cell and whether they end up in the nucleus - which could be a problem - or in the cell's 'garbage disposal.'"