Polymerantistoffer målretter og eliminerer effektivt kræftceller

Et fælles forskerhold fra Rusland og Storbritannien har demonstreret muligheden for at udvikle en ny type anti-neoplastiske lægemidler baseret på nanoMIP'er, eller "plastiske antistoffer". NanoMIP'er er syntetiske polymerer, der kan fungere som antistoffer, selektivt bindende til målproteiner på overfladen af ​​kræftceller. Denne tilgang kan føre til et paradigmeskifte i udviklingen af ​​nye metoder til kræftbehandling. Forskningen blev udført af et internationalt hold fra University of Leicester, University College London, Institut for Cytologi ved Det Russiske Videnskabsakademi, og Moskva Institut for Fysik og Teknologi. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Nano bogstaver .

De vigtigste ulemper ved de fleste anti-cancer medicin er deres lave specificitet og de tilhørende bivirkninger. Konventionel kemoterapi retter sig mod alle delende celler uden undtagelse, så både raske celler og kræftceller påvirkes.

Imidlertid, fremskridtene inden for kræftforskning har ført til en bedre forståelse af de molekylære mekanismer og de primære midler, der er ansvarlige for tumorudvikling. Nye fund har muliggjort nye anti-neoplastiske lægemidler, der kan skelne mellem sunde og kræftceller ved at virke på specifikke molekylære mål.

Fordi cellerne i tumorer gennemgår hurtig deling, de er afhængige af en konstant forsyning af stoffer, der stimulerer cellulær vækst og spredning. Disse stoffer, kendt som vækstfaktorer, kommer udefra cellen, og kan identificeres ved hjælp af tilsvarende receptorproteiner på celleoverfladen. Disse eksterne faktorer aktiverer intracellulær signalering, stimulere kræftcelleproliferation. Det viste sig, at receptorproteinerne på celleoverfladen ofte er overudtrykt – dvs. syntetiseret i overskud - i forskellige solide tumorer.

I løbet af de sidste to årtier, terapeutiske lægemidler, der virker på vækstfaktorer, er blevet udviklet og klinisk testet. De nye lægemidler undertrykker bindingen af ​​vækstfaktorer til receptorerne, og direkte påvirker deres enzymaktivitet. Det er ikke overraskende, at udviklingen af ​​nye syntetiske lægemidler mod denne type mål er et lovende område inden for molekylær farmakologi, der tiltrækker meget opmærksomhed fra forskere over hele verden.

Den internationale forskergruppe ledet af professor Nickolai Barlev, leder af laboratoriet for cellesignalforordning ved MIPT, har vist, at det er muligt at udvikle en ny klasse af anti-neoplastiske lægemidler baseret på en slags partikler kaldet nanosiserede molekylært præget polymerer (nanoMIP'er). NanoMIP'er er et syntetisk polymeralternativ til antistoffer med en 3-D-struktur, der gør dem i stand til kun at binde til et bestemt fragment af et målprotein. Dette sikrer deres høje specificitet. I modsætning til antistoffer, nanoMIP'er kan også bære yderligere kræftbekæmpende midler. I deres forskning, forfatterne beviste for første gang, at det er muligt at syntetisere nanoMIP'er, der selektivt kan binde til aminosyresekvenserne af deres målproteiner. Undersøgelsen har også vist potentialet for nanoMIP-anvendelse i målrettet lægemiddellevering (figur 2).

NanoMIP'er syntetiseres i nærvær af et målprotein, som efterlader et "mærke" på nanopartiklen. Denne proces kaldes prægning, og det kan sammenlignes med formstøbning - slutproduktet tager form af den originale skabelon. Gennem denne proces, nanoMIP'er opnår evnen til selektivt at genkende målmolekylet og binde sig til det.

Målet anvendt af forfatterne til undersøgelsen er den epidermale vækstfaktorreceptor (EGFR). Dette protein er overudtrykt i mange typer tumorer forbundet med kolorektal, lunge, hjerne- og brystkræft, inklusive dens mest aggressive form, tredobbelt negativ brystkræft. Af denne grund, EGFR fungerede som et af de første mål for antistof-baserede anti-neoplastiske lægemidler.

Holdet arbejdede med nanopartikler opnået ved hjælp af en dobbelt-imprinting tilgang mod to målmolekyler:et cytotoksisk lægemiddel kaldet doxorubicin og en lineær epitop af EGFR. (En epitop er den del af et målmolekyle, der genkendes af antistoffet, som binder til det.) Derfor, det endelige produkt både binder EGFR og leverer terapi til kræftceller.

"Selvom de er effektive i klinisk brug, antistofbaserede lægemidler er vanskelige at designe og dyre at producere. Tumorer med EGFR-overekspression behandles med succes med specifikke monoklonale antistoffer rettet mod denne receptor (cetuximab, eller Erbitux). Imidlertid, fordi stoffet er ustabilt, nye doser af antistoffer skal administreres for hele behandlingsperioden. Og de samlede omkostninger ved et behandlingsforløb kan være så høje som $ 100, 000. Syntetiske antistofalternativer, såsom nanoMIP'er, ikke har disse begrænsninger. I øvrigt, i modsætning til biomolekyler, deres stabilitet afhænger ikke af temperatur og surhedsgrad, hvilket betyder, at de har en meget bredere vifte af potentielle anvendelser. Ser frem til, de kunne udvide omfanget af muligheder for diagnostik og behandling af mange sygdomme, siger Barlev, hvem er seniorforfatter af undersøgelsen.

Hvad er mere, syntesen af ​​selektive nanoMIP'er kræver ikke nødvendigvis prægning af hele cellen. Hellere, kun en bestemt del skal påtrykkes. Denne lille del - et kort oligopeptid - er fastgjort til glasperler via kovalente kemiske bindinger. Perlerne blandes derefter med acrylamidmonomerer og doxorubicin. Polyacrylamid, i modsætning til dets monomerer, er biologisk ufarlig, og bruges til at fremstille bløde kontaktlinser, blandt andet. Når temperaturen øges, monomererne begynder at polymerisere, danner partikler, der er 100-200 nanometer store, inkorporere doxorubicin, og bærer et molekylært aftryk af målproteinet. Uomsatte monomerer og uspecifikke nanopartikler elueres, mens de syntetiserede "plastiske antistoffer" forbliver bundet til glasperlerne (figur 3).

"For første gang, vi har produceret polyfunktionelle nanoMIP'er, der er i stand til selektiv målproteingenkendelse og egnede til specifik lægemiddellevering. Det plejede at være umuligt, fordi den tilgængelige teknologi til nanoMIP-syntese ikke tillod os at standardisere de forhold, hvorunder partiklerne blev opnået, så effektiviteten af ​​slutproduktet var uforudsigelig. Vi løste dette problem ved at bruge fastfasesyntese. Vores næste mål er at skabe ferromagnetiske nanoMIP'er, hvilket ville udvide det diagnostiske og terapeutiske potentiale af vores 'plastikantistoffer, '," siger Barlev.

Resultaterne af undersøgelsen har også afsløret moderat og specifik toksicitet af nanopartikler mod tumorceller. Især toksiciteten skyldtes udelukkende doxorubicin-inkorporering under polymerisationsprocessen, som kontrol nanopartikler, som ikke indeholdt det kræftbekæmpende lægemiddel, havde ingen effekt på cellerne. Ud over, når terapeutiske nanoMIP'er blev administreret, cellerne udviklede flere DNA-brud, som er en karakteristisk reaktion på virkningen af ​​doxorubicin. Endelig, bindingen af ​​de "plastiske antistoffer" til EGFR førte til et fald i tætheden af ​​receptorer på celleoverfladen.

De potentielle terapeutiske virkninger af nanoMIP'er til behandling af EGFR-afhængige tumorer kan i sidste ende tilskrives tre faktorer:den direkte cytotoksiske virkning af det anti-neoplastiske lægemiddel leveret til cellen, maskering af receptoren fra liganden, og reduktion af EGFR-koncentration på celleoverfladen. Vellykkede in vitro-eksperimenter tyder på, at nanoMIP'er lover som redskaber til målrettet lægemiddellevering og kræver yderligere forskning.