Graphene nanoflakes:Et nyt værktøj til præcisionsmedicin

Kemikere finansieret af SNSF har skabt en ny forbindelse til fleksibel lægemiddellevering, der specifikt er rettet mod prostatacancerceller. Inkorporerer fire forskellige molekyler, forbindelsen forhindrer tumorceller i at formere sig, kan påvises ved medicinsk billeddannelse og har opholdsevne i blodbanen.

Som regel, et lægemiddel administreres vilkårligt, og det meste af det når ikke det syge væv. Målet med præcisionsmedicin er at øge effektiviteten af ​​terapeutiske stoffer ved kun at levere dem til det rette mål. Dette kræver et tilpasset lægemiddelleveringssystem. Et hold finansieret af Swiss National Science Foundation har udviklet en ny tilgang baseret på grafen nanoflakes, som er ekstremt små stykker grafen (et regulært atomart-tyndt arrangement af kulstofatomer). De tilføjede forskellige typer molekyler til enkelte nanoflakes for at omdanne dem til et tilpasset system til lægemiddellevering. Resultaterne offentliggøres Kemisk Videnskab .

Ligesom legoklodser

Jason Hollands team på Zürich Universitet lykkedes med at knytte fire slags molekyler til enkelte grafen-nanoflager for at gennemsyre dem med specifikke kapaciteter:transport af et kræftlægemiddel, leverer det kun til visse kræftceller, gør det synligt ved medicinsk billeddannelse og forlænger dets ophold i blodbanen. I et andet trin, holdet testede hver funktionalitet for at verificere, at den nye forbindelse fungerer som forventet.

"Vores arbejde viser, hvordan man bruger grafen nanoflakes som en universel leveringsmekanisme, " forklarer ph.d.-studerende Jennifer Lamb, første forfatter til publikationen. "De kan bruges som et stillads, hvorpå man kan tilføje tilpassede komponenter, lidt ligesom legoklodser. Dette er muligt på grund af deres kemiske struktur:kanten af ​​flagen er lavet af carboxylgrupper - CO2H - hvor yderligere molekyler kan fastgøres."

Nye forbindelser mod kræft

Først, samarbejdspartnere ved University College London producerede grafen nanoflakes fra kulstof nanorør. Derefter knyttede Zürich-holdet fire molekyler til enkelte flager. Det første molekyle, ispinesib, er et lægemiddel under udvikling, der standser mitose (celledeling) og derved forhindrer vækst af tumorer. Det andet molekyle er et peptid, der binder sig til prostataspecifikke membranantigener (PSMA'er), som er overudtrykt i prostatacancerceller. Det tredje molekyle (DFO) er et burlignende molekyle, der effektivt fanger radioaktivt gallium, en isotop, der rutinemæssigt anvendes til PET-skanning (positron-emissionstomografi). Denne standard medicinske billedbehandlingsteknik hjælper først med at diagnosticere prostatacancer og derefter med at sikre, at forbindelsen leveres til det syge væv. Endelig, forskerne fik forbindelsen til at interagere med albumin i blodet; dette forhindrer dens hurtige filtrering af nyrerne og forlænger den tid, den forbliver i cirkulationen.

I et andet trin, holdet testede den nye forbindelse. Undersøgelser udført på kulturer af prostatacancerceller viste, at deres deling og vækst faktisk blev standset. Hos levende mus, PET-billeddannelse viste, at forbindelsen akkumuleres i syge væv, men ikke længe nok, siger Lamb:"På grund af deres lille størrelse, konstruktionerne udskilles stadig for hurtigt til en vedvarende terapeutisk effekt. Men vores eksperimenter viste måder at påvirke lægemiddeludskillelsen ved at ændre strukturen af ​​grafen." Holdet eksperimenterer nu med andre kombinationer, der involverer antistoffer i stedet for små peptider:antistofferne binder bedre til kræftceller, og deres større størrelse burde få dem til at forblive længere i blodbanen.

"Vores forskning er grundlæggende, og meget mere arbejde vil være nødvendigt for at udvikle et nyt lægemiddel, " siger projektleder Jason Holland. "Men vores resultater åbner lovende nye veje for onkologisk præcisionsbehandling såvel som for terapeutiske lægemidler. Denne kombination af terapeutiske midler og diagnostiske værktøjer kan hjælpe med at sikre, at behandlingen er passende for sygdommen, og for patienten."