Nanopartikelorientering tilbyder en måde at forbedre lægemiddellevering på

MIT-ingeniører har vist, at de kan forbedre ydeevnen af ​​nanopartikler til lægemiddellevering ved at kontrollere en egenskab af kemiske strukturer kendt som chiralitet - strukturens "håndhævelse".

Mange biologiske molekyler kan komme i enten højrehåndede eller venstrehåndede former, som er ens i sammensætningen, men er spejlbilleder af hinanden.

MIT-holdet fandt ud af, at belægning af nanopartikler med den højrehåndede form af aminosyren cystein hjalp partiklerne med at undgå at blive ødelagt af enzymer i kroppen. Det hjalp dem også med at komme ind i celler mere effektivt. Denne opdagelse kan hjælpe forskere med at designe mere effektive bærere til lægemidler til behandling af kræft og andre sygdomme, siger Robert Langer, David H. Koch Institute Professor ved MIT og medlem af Koch Institute for Integrative Cancer Research.

"Vi er meget begejstrede for dette papir, fordi kontrol af chiralitet giver nye muligheder for medicinafgivelse og dermed nye medicinske behandlinger, siger Langer, som er en af ​​seniorforfatterne til papiret.

Ana Jaklenec, en forsker ved Koch Instituttet, er også seniorforfatter af papiret, som optræder i Avancerede materialer den 4. november. Papirets hovedforfatter er MIT postdoc Jihyeon Yeom. Andre forfattere af papiret er tidligere MIT postdocs Pedro Guimaraes og Kevin McHugh, MIT postdoc Quanyin Hu, og Koch Institute research affiliate Michael Mitchell. Hyo Min Ahn, BoKyeong Jung, og Chae-Ok Yun fra Hanyang University i Seoul, Sydkorea, er også forfattere til papiret.

Kirale interaktioner

Mange biologisk vigtige molekyler har udviklet sig til at eksistere udelukkende i enten højrehåndede ("D") eller venstrehåndede ("L") versioner, også kaldet enantiomerer. For eksempel, naturligt forekommende aminosyrer er altid "L" enantiomerer, mens DNA og glucose normalt er "D."

"Kiralitet er allestedsnærværende i naturen, bibringe entydighed og specificitet til materialers biologiske og kemiske egenskaber, " siger Yeom. "F.eks. molekyler dannet med samme sammensætning smager sødt eller bittert og lugter forskelligt afhængigt af deres chiralitet, og en enantiomer er inaktiv eller endda giftig, mens den anden enantiomer kan tjene en vigtig biologisk funktion."

MIT-teamet antog, at det kunne være muligt at drage fordel af chirale interaktioner for at forbedre ydeevnen af ​​nanopartikler til lægemiddellevering. For at teste den idé, de skabte "suprapartikler" bestående af klynger af 2-nanometer koboltoxidpartikler, hvis kiralitet blev leveret af enten "D" eller "L" version af cystein på overfladerne.

Ved at flyde disse partikler langs en kanal beklædt med kræftceller, inklusive myelom og brystkræftceller, forskerne kunne teste, hvor godt hver type partikel blev absorberet af cellerne. De fandt ud af, at partikler belagt med "D"-cystein blev absorberet mere effektivt, hvilket de mener skyldes, at de er i stand til at interagere stærkere med kolesterol og andre lipider, der findes i cellemembranen, som også har "D"-retningen.

Forskerne mente også, at "D"-versionen af ​​cystein kunne hjælpe nanopartikler med at undgå at blive nedbrudt af enzymer i kroppen, som er lavet af "L" aminosyrer. Dette kan tillade partiklerne at cirkulere i kroppen i længere perioder, gør det lettere for dem at nå deres påtænkte destinationer.

I en undersøgelse af mus, forskerne fandt ud af, at "D"-coatede partikler blev længere i blodbanen, hvilket tyder på, at de med succes var i stand til at undgå enzymer, der ødelagde de "L" -belagte partikler. Cirka to timer efter injektion, antallet af "D"-partikler i cirkulation var meget større end antallet af "L"-partikler, og den forblev højere i løbet af eksperimentets 24 timer.

"Dette er et første skridt i at se på, hvordan chiralitet potentielt kan hjælpe disse partikler med at nå kræftceller og øge cirkulationstiden. Det næste trin er at se, om vi rent faktisk kunne gøre en forskel i kræftbehandling, "Siger Jaklenec.

Modificerede partikler

Forskerne planlægger nu at teste denne tilgang med andre typer partikler, der afgiver medicin. I et projekt, de undersøger, om belægning af guldpartikler med "D"-aminosyrer vil forbedre deres evne til at levere kræftlægemidler til mus. I en anden, de bruger denne tilgang til at modificere adenovira, som nogle af deres samarbejdspartnere udvikler som en potentiel ny måde at behandle kræft på.

"I dette studie, vi viste, at 'D'-kiraliteten giver mulighed for længere cirkulationstid og øget optagelse af kræftceller. Det næste skridt ville være at bestemme, om lægemiddelfyldte chirale partikler giver øget eller forlænget effektivitet sammenlignet med frit lægemiddel, "Jaklenec siger. "Dette er potentielt oversætteligt til stort set enhver nanopartikel."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.