NUS -Forscher entwickeln DNA -barcodierte Nanopartikel für eine gezielte Krebstherapie

Ein Team von Forschern der National University of Singapore (NUS) hat eine neuartige Methode entwickelt, um die Präzision der Krebsbehandlung unter Verwendung von Goldnanopartikeln zu verbessern, die mit DNA -Barcodes markiert sind.

Unter der Leitung von Assistenzprofessor Andy Tay vom Department of Biomedical Engineering am College of Design and Engineering und des Institute of Health Innovation & Technology an der NUS zeigt die Studie Erhitzen von Tumorzellen während der photothermen Therapie. Diese Ergebnisse deckten die unterschiedlichen Präferenzen von Tumorzellen für bestimmte Nanopartikelkonfigurationen auf, die die Entwicklung personalisierter Krebsbehandlungen ermöglichen könnten, die sicherer und wirksamer sind.

Die neuartige Technik des Teams, die in einem Papier veröffentlicht wurde, das in veröffentlicht wurde Erweiterte funktionale Materialien Am 24. November 2024 ermöglicht das Hochdurchsatz-Screening von Nanopartikelformen, -größen und -änderungen, wodurch die damit verbundenen Screening-Kosten gesenkt werden. Über die Krebsbehandlung hinaus hat die Methode breitere therapeutische Anwendungen, einschließlich RNA-Abgabe und Targeting von Krankheiten auf organspezifischer Ebene.

Größe und Form Materie

Gold ist mehr als nur Bling. Wenn goldene Nanopartikel auf etwa ein Tausendstel der Breite des menschlichen Haares reduziert werden, leuchten sie als therapeutische Wirkstoffe für die Krebstherapie. Beispielsweise werden Flecken des Edelmetalls in der photothermen Therapie verwendet, bei denen Partikel, die an die Tumorstelle geliefert werden, bestimmte Lichtwellenlängen in die Hitze umwandeln und umgebende Krebszellen abtöten. Goldnanopartikel können auch als Boten für Arzneimittel dienen, um Medikamente direkt an bestimmte Orte innerhalb eines Tumors zu liefern.

Damit diese goldenen Nanopartikel jedoch funktionieren, müssen sie zunächst erfolgreich in die Zielstellen einsteigen. Betrachten Sie es als Lieferperson mit einem speziellen Schlüssel – wenn der Schlüssel nicht zum Schloss passt, wird das Paket nicht durchkommen. „

Assistenzprofessor Andy Tay, Abteilung für Biomedizinische Ingenieurwesen, College für Design und Ingenieurwesen und Institut für Gesundheitsinnovation und Technologie bei NUS

Um dieses Präzisionsniveau zu erreichen, muss das richtige Nanopartikeldesign gefunden werden – seine Form, Größe und Oberflächeneigenschaften müssen mit den Vorlieben der Zielzellen übereinstimmen. Vorhandene Screening -Methoden zum Bestimmen optimaler Designs sind jedoch der Suche nach Nadeln in einem Heuhaufen. Darüber hinaus übersehen diese Methoden häufig die Präferenzen verschiedener Zelltypen innerhalb eines Tumors, von immun bis endothel bis zu Krebszellen.

Um diese Herausforderungen anzugehen, wandten sich die NUS -Forscher der DNA -Barcodierung zu. Jedes Nanopartikel ist mit einer einzigartigen DNA -Sequenz markiert, mit der die Forscher einzelne Designs markieren und verfolgen konnten, ähnlich wie die Registrierung eines Pakets, das per Post in einem Liefersystem versendet werden kann. Wichtig ist, dass diese Barcodes dem Team in vivo gleichzeitig mehrere Nanopartikel -Designs überwachen konnten, da ihre Sequenzen leicht extrahiert und analysiert werden konnten, um die Aufenthaltsort der Nanopartikel im Körper zu lokalisieren.

„Wir haben die Thiol-Funktionalisierung verwendet, um die DNA-Barcodes sicher an der Oberfläche der Goldnanopartikel zu verankern. Dies stellt sicher die Arbeit des Teams.

Um dies zu demonstrieren, stellten die Forscher Nanopartikel in sechs verschiedenen Formen und Größen vor, bei denen ihre Verteilung und Aufnahme über verschiedene Zelltypen überwacht wurden. Sie fanden heraus, dass runde Nanopartikel trotz einer schlechten Aufnahme in Zellkulturstudien hervorragend für Tumoren in präklinischen Modellen waren, da sie von dem Immunsystem weniger wahrscheinlich beseitigt wurden. Andererseits haben dreieckige Nanopartikel sowohl in vitro als auch in vivo -Tests hervorgegangen, was zu einer hohen zellulären Aufnahme und starken photothermen Eigenschaften führte.

Krebsbehandlungen sicherer machen

Die Arbeit des Teams beleuchtet die Wechselwirkungen zwischen Nanopartikeln in biologischen Systemen und die Notwendigkeit, die Diskrepanzen zwischen In -vitro- und In -vivo -Befunden zu überbrücken, wie die von den runden goldenen Nanopartikeln offenbarten runden goldenen Nanopartikel belegt. Diese Erkenntnisse könnten die Entwicklung von formmorphierenden Nanopartikeln oder Zwischendesigns leiten, die auf die Optimierung verschiedener Stadien der Arzneimittelabgabe zugeschnitten sind.

Darüber hinaus beleuchtet die Forschung das ungenutzte Potenzial, Nanopartikelformen jenseits der Kugeln zu untersuchen, die die von der US -amerikanischen Food and Drug Administration zugelassenen dominieren. Die DNA -Barcodierungsmethode der Forscher könnte sich auch so erstrecken, dass andere anorganische Nanopartikel wie Eisen und Siliciumdioxid in vivo das Geltungsbereich für die Arzneimittelabgabe und die Präzisionsmedizin erweitern.

Mit Blick auf die Zukunft erweitern die Forscher ihre Nanopartikelbibliothek um 30 Entwürfe, um Kandidaten zu identifizieren, die subzelluläre Organellen abzielen können. Geeignete werden dann auf ihre Wirksamkeit bei der Gen -Stummschaltung und der photothermen Therapie bei Brustkrebs getestet. Asst Prof. Tay teilte auch mit, dass die Ergebnisse unser Verständnis der RNA -Biologie und der Förderung von RNA -Abgabetechniken erheblich verbessern könnten, die zunehmend bei Therapeutika zur Behandlung verschiedener Krankheiten angewendet werden.

„Wir haben eine zentrale Herausforderung bei der Krebsbehandlung angesprochen – die Medikamente speziell für Krebsgewebe mit größerer Effizienz eingereicht“, sagte Asst Prof. Tay. „Die Achilles-Ferse aus vorhandenen Arzneimitteln auf Nanopartikeln ist ihre Annahme einer einheitlichen Entbindung über alle Organe hinweg, aber die Realität ist, dass verschiedene Organe unterschiedlich reagieren. Die Gestaltung optimal geformter Nanopartikel für organspezifisches Targeting verbessert die Sicherheit und Wirksamkeit der Nanotherapeutika für Krebs für Krebs Behandlung – und darüber hinaus. “

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