Ny teknik kan spore lægemiddel- og genlevering til celler

Med målrettede lægemiddel- og genterapier, at finde målcellerne er kun halvdelen af ​​kampen. Når disse midler når en celles overflade, de skal stadig ind og udføre deres arbejde.

Forskere fra University of Illinois siger, at de nu ved, hvordan man sporer og kortlægger lægemiddel- og genleveringskøretøjer for at vurdere, hvilke der er mest effektive til at infiltrere celler og nå deres mål, indsigt, der kunne guide udviklingen af ​​nye farmaceutiske midler. Forskerne beskrev deres sporingssystem og deres resultater på de mest effektive leveringskøretøjer i tidsskriftet Naturkommunikation .

Genterapier har vist lovende i cellekultur og dyreforsøg, men har været mindre effektive i kliniske forsøg, sagde studieleder Andrew Smith, en professor i bioteknik ved U. of I. Denne klasse af lægemidler, kaldet biologiske lægemidler, er forskellige fra traditionelle lægemidler ved, at de skal knyttes til specialiserede leveringsmidler, såsom nanopartikler eller proteiner, at nå deres tilsigtede cellulære mål.

Deres manglende effektivitet stammer fra deres vanskeligheder med at nå mål inden for celler, og de forhindringer, der hæmmer dem, er dårligt forstået, sagde Smith.

"Vi har disse virkelig fantastiske modeller, der fortæller os, hvordan klassiske stoffer virker, men der er ingen model, der virker for disse nye biologiske lægemidler, der skal have en ekstra mekanisme til at levere til celler. Dette har været en vigtig manglende del af farmaceutisk medicin, " sagde Smith. "Hvis vi ikke forstår mekanismerne bag problemet, vi kan ikke løse det. Nu kan vi finde ud af, hvorfor det sker, og finde ud af, hvordan vi kan overvinde de vigtigste flaskehalse, hvilket aldrig har været muligt."

Smiths gruppe kombinerede to billeddannelsesværktøjer til at spore og måle, hvordan forskellige leveringsmidler trængte ind i menneskelige og musekræftceller. Forskerne brugte enkelt-molekyle billeddannelse, som giver dem mulighed for at observere individuelle molekyler over tid, og kvanteprikker, som fungerer som små beacons inde i celler. Dette gjorde det muligt for forskerne at se, tælle og spore alle leveringsmidler, der kom ind i cellen.

De fandt ud af, at molekyler, der er meget ladede, er dygtige til at komme ind i celler, men formår ikke at nå deres tilsigtede mål, når de først er inde.

"DNA er virkelig ladet, hvilket er uheldigt, fordi det er en af ​​de vigtigste ting, folk forsøger at levere til celler, " sagde Smith. "Vi ser, at den holder sig til alt og ikke når sit mål."

Imidlertid, molekyler, der er fuldstændig afbalanceret i ladningen - en klasse kaldet zwitterioner - diffunderer gennem cellen og kan få adgang til alt dets maskineri.

"Det giver os nogle designregler for bedre måder at levere gener og proteiner til celler på. Vi bør undgå visse funktioner og prioritere andre – især højstabile og zwitterioniske overflader, " sagde Smith. "Enhver, der arbejder i dette område nu, kan bruge denne sporingsteknologi til at analysere nye typer leveringsmidler. Vi så kun på en håndfuld celletyper i vores undersøgelse, med fokus på kræft, men disse værktøjer kan evaluere enhver ny agent, der er udviklet til enhver celletype. Du skal bare bruge et optisk fluorescensmikroskop af høj kvalitet, og alle større forskningsinstitutter har dem."

Undersøgelsen brugte "tomme" leveringsmidler - dem uden terapeutisk last påsat - så næste trin er at bruge systemet til at spore de midler, der rent faktisk leverer lægemidler eller gener og observere mekanismerne langs hvert trin i lægemiddelleveringsvejen, sagde Smith.

"Vi kommer tættere på at løse problemet med cellelevering. Dette har været noget, der har begrænset medicin og genterapi i et århundrede, sagde Smith, som også er professor ved Carle Illinois College of Medicine. "Jeg tror, ​​at evnen til at spore og analysere levering i celler vil være et kæmpe løft for den farmaceutiske industri, når den udvikler disse typer af terapeutiske midler."