Velcro-metode til mere præcis binding af lægemiddelpartikler

For at levere lægemiddelpartikler til det rigtige sted i kroppen - et felt kendt som nanomedicin - spiller selektivitet en vigtig rolle. Trods alt, stoffet skal kun binde sig til de celler, der har brug for det. En teori fra 2011 forudsiger, at selektivitet ikke kun er baseret på typen af ​​receptor, men også på antallet og styrken af ​​receptorerne på cellen. Forskere ved Eindhoven University of Technology beviser nu dette eksperimentelt. De har offentliggjort deres resultater i tidsskriftet PNAS .

Celler interagerer med hinanden gennem receptorer og ligander. De passer på hinanden som en nøgle i en lås; en ligand fra en celle passer kun på den passende målreceptor for den anden celle. Området for nanomedicin gør brug af dette ved at efterligne ligander, der passer til receptorerne i den syge celle, der har brug for lægemidlet.

I 2011 Daan Frenkel og hans gruppe i Cambridge brugte en teoretisk model til at forudsige, at ikke kun typen af ​​ligander og receptorer spiller en stor rolle, men også antallet og styrken. Det betyder, at selv svage ligander kan binde, så længe der er nok receptorer til stede på overfladen af ​​målcellen. Forskere Max Scheepers, Leo van IJzendoorn, og Menno Prins, alle en del af Institute for Complex Molecular Systems, har nu bevist denne teori eksperimentelt med partikler for første gang.

Mange svage bånd bliver stærke

Van IJzendoorn:"Sammenlign det med velcro. Hvis en krog er fastgjort, strimlen klæber ikke med det samme. Først når flere kroge er fastgjort, bliver bindingen stærk nok. Sådan fungerer det også i menneskekroppen; den svage binding af en ligand på en receptor bliver enormt stærk, jo flere der er."

Og det er en nyttig funktion til nanomedicin. Syge celler har ikke altid andre receptorer end raske celler, men de har ofte flere receptorer på deres cellevægge. Ved at udvikle lægemidlet på en sådan måde, at det kun klæber til celler med mange receptorer, du kan stadig skelne mellem syge og raske celler. Dette gør det muligt at sende lægemiddelpartiklerne mere præcist til de syge celler i kroppen.

Enkeltstrenget DNA som receptor og ligand

"Vi har nu eksperimentelt påvist med partikler, at mange svage ligander giver en høj selektivitet:Partiklerne binder kun, hvis der er præcis nok receptorer til stede. Det skaber en tærskelværdi, " forklarer van IJzendoorn. Forskerne udførte et bindende eksperiment til dette formål, at designe partikler med enten receptor-DNA eller ligand-DNA på overfladen.

Et magnetfelt trak først partiklerne mod hinanden, og efter nogen tid, frigivet dem. Van IJzendoorn:"Dette gav os mulighed for optisk at måle, hvor mange partikler der havde udviklet en stærk molekylær binding med hinanden."

Ved at variere antallet af DNA-molekyler og styrken af ​​ligand-receptor-bindingen, ikke kun var forskerne i stand til at se, hvor mange bindinger der skulle til for at partiklerne kunne forblive bundet, men også for at observere fremkomsten af ​​tærskelværdien.

Nanomedicin og biosensorer

Van IJzendoorn siger, "Disse resultater danner et nyt pejlemærke for at forstå og anvende selektivitet i biomedicinske anvendelser. Arbejdet giver et grundlæggende grundlag for design af bindingsprocesser i nanomedicin. det er vigtigt for udviklingen af ​​nanoteknologiske biosensorer, fordi partikler også bruges i disse systemer til etablering af selektive bindinger."

Denne forskning blev offentliggjort den 24. august i tidsskriftet PNAS , med titlen "Multivalente svage interaktioner øger selektiviteten af ​​inter-partikelbinding." Forskningen blev udført ved Eindhoven University of Technology, ved afdelingerne for Anvendt Fysik og Biomedicinsk Teknik og Instituttet for Komplekse Molekylær Systemer.