Kunstigt DNA kan kontrollere frigivelsen af ​​aktive ingredienser fra lægemidler

Et lægemiddel med tre aktive ingredienser, der frigives i rækkefølge på bestemte tidspunkter, er under udvikling af et team på det tekniske universitet i München (TUM). Det, der engang var en farmakologs drøm, er nu meget tættere på virkeligheden. Med en kombination af hydrogeler og kunstigt DNA, nanopartikler kan frigives i rækkefølge under forhold svarende til dem i den menneskelige krop.

Det bliver meget mere almindeligt, at patienter bliver behandlet med flere lægemidler taget med faste intervaller – en begrænsning, der gør hverdagen vanskelig for patienterne og øger risikoen for glemte doser.

Oliver Lieleg, en professor i biomekanik og medlem af München School of BioEngineering ved TUM, og ph.d.-kandidat Ceren Kimna har nu udviklet en proces, der kan tjene som grundlag for medicin indeholdende flere aktive ingredienser, som pålideligt frigiver dem i en foruddefineret rækkefølge på bestemte tidspunkter. "For eksempel, en salve påført et kirurgisk snit kunne frigive smertestillende medicin først, efterfulgt af et antiinflammatorisk lægemiddel og derefter et lægemiddel til at reducere hævelse, " forklarer Oliver Lieleg.

Den ene aktive ingrediens efter den anden

"Salver eller cremer, der frigiver deres aktive ingredienser med en tidsforsinkelse, er ikke nyt i sig selv, " siger Oliver Lieleg. Med de stoffer, der i øjeblikket er i brug, imidlertid, der er ingen garanti for, at to eller flere aktive ingredienser ikke frigives til organismen samtidigt.

For at teste princippet bag deres idé, Oliver Lieleg og Ceren Kimna brugte sølv i nanometerstørrelse, jernoxid og guldpartikler indlejret i en hydrogel. De brugte en spektroskopisk metode til at spore partiklernes udgang fra gelen. Partiklerne udvalgt af forskerne har lignende bevægelsesegenskaber i gelen som de partikler, der bruges til at transportere rigtige aktive ingredienser, men er nemmere og billigere at lave.

Den særlige ingrediens, der kontrollerer nanopartiklerne, er kunstigt DNA. I naturen, DNA er frem for alt bæreren af ​​genetisk information. Imidlertid, forskere udnytter i stigende grad en anden egenskab:DNA-fragmenters evne til at blive kombineret med stor nøjagtighed, både med hensyn til typer af bindinger og deres styrke, for eksempel at bygge maskiner på nanometerskala.

DNA-kaskaden:Komprimer og slip derefter på det rigtige tidspunkt

Sølvpartiklerne blev frigivet først. I den oprindelige tilstand, partiklerne blev bundet sammen af ​​DNA-fragmenter designet af Lieleg og Kimna ved hjælp af speciel software. De resulterende partikelklynger er så store, at de ikke er i stand til at bevæge sig i hydrogelen. Imidlertid, når en saltvandsopløsning tilsættes, de adskilles fra DNA'et. De kan nu bevæge sig i gelen og drive til overfladen. "Fordi saltvandsopløsningen har omtrent samme saltholdighed som den menneskelige krop, vi var i stand til at simulere forhold, hvor de aktive ingredienser ikke ville blive frigivet, før medicinen er påført, " forklarer Ceren Kimna.

Den mesh-lignende DNA-struktur, der omgiver jernoxidpartiklerne, består af to typer DNA:Den første har den ene ende fastgjort til jernoxidpartiklerne. Den anden type er fastgjort til de løse ender af den første type. Disse strukturer påvirkes ikke af saltvandsopløsningen. Jernoxidpartiklerne kan først frigives, når de første klynger er opløst. Denne begivenhed frigiver ikke kun sølv nanopartikler, men også DNA, som eliminerer "forbindelses-DNA" af den anden klynge uden selv at danne forbindelser. Som resultat, jernoxidpartiklerne kan skilles. Dette frigiver DNA-fragmenter, som igen fungerer som nøglen til den tredje DNA-nanopartikelkombination.

"Konsistensen af ​​salver gør dem til den mest oplagte løsning til en hydrogel-baseret tilgang. dette princip har også potentiale til at blive brugt i tabletter, der kan frigive flere effektive ingredienser i kroppen i en bestemt rækkefølge, " forklarer prof. Lieleg.