Изследователи от NUS разработват ДНК-баркодирани наночастици за целева терапия на рак

Изследователи от NUS разработват ДНК-баркодирани наночастици за целева терапия на рак

Екип от изследователи от Националния университет на Сингапур (NUS) разработи нов метод за подобряване на прецизността на лечението на рак, използвайки златни наночастици, маркирани с ДНК баркодове.

Водено от асистент професор Анди Тей от катедрата по биомедицинско инженерство в Колежа по дизайн и инженерство и Института за здравни иновации и технологии в NUS, изследването демонстрира нагряване на туморни клетки по време на фототермична терапия. Тези резултати разкриха различните предпочитания на туморните клетки за определени конфигурации на наночастици, което би могло да позволи разработването на персонализирани лечения за рак, които са по-безопасни и по-ефективни.

Новата техника на екипа, разкрита в статия, публикувана вУсъвършенствани функционални материалиНа 24 ноември 2024 г. дава възможност за скрининг с висока производителност на форми, размери и промени на наночастици, намалявайки свързаните с това разходи за скрининг. Отвъд лечението на рак, методът има по-широки терапевтични приложения, включително доставка на РНК и насочване на заболяването на специфично за орган ниво.

Размерът и формата имат значение

Златото е нещо повече от блясък. Когато златните наночастици се редуцират до около една хилядна от ширината на човешки косъм, те блестят като терапевтични средства за лечение на рак. Например, петна от благородния метал се използват във фототермалната терапия, при която частици, доставени до мястото на тумора, преобразуват специфични дължини на вълната на светлината в топлина, убивайки околните ракови клетки. Златните наночастици могат също да служат като пратеници на лекарства за доставяне на лекарства директно до определени места в тумора.

Въпреки това, за да работят тези златни наночастици, те трябва първо да влязат успешно в целевите места. Мислете за това като за доставчик със специален ключ - ако ключът не пасва на ключалката, пакетът няма да премине. “

Асистент професор Анди Тей, Катедра по биомедицинско инженерство, Колеж по дизайн и инженерство и Институт за здравни иновации и технологии в NUS

За да се постигне това ниво на прецизност, трябва да се намери правилният дизайн на наночастиците – неговата форма, размер и повърхностни свойства трябва да съответстват на предпочитанията на целевите клетки. Въпреки това съществуващите методи за скрининг за определяне на оптимални проекти са като търсене на игли в купа сено. Освен това, тези методи често пропускат предпочитанията на различни типове клетки в тумора, от имунни до ендотелни до ракови клетки.

За да се справят с тези предизвикателства, изследователите от NUS се обърнаха към ДНК баркодиране. Всяка наночастица е маркирана с уникална ДНК последователност, което позволява на изследователите да маркират и проследяват индивидуални дизайни, подобно на регистриране на пакет, готов за изпращане по пощата, в система за доставка. Важно е, че тези баркодове позволиха на екипа да наблюдава едновременно множество дизайни на наночастици in vivo, тъй като техните последователности могат лесно да бъдат извлечени и анализирани, за да се определи местоположението на наночастиците в тялото.

„Използвахме тиолова функционализация, за да закрепим сигурно ДНК баркодовете към повърхността на златните наночастици. Това гарантира работата на екипа.

За да демонстрират това, изследователите представиха наночастици в шест различни форми и размери, където тяхното разпределение и усвояване в различни типове клетки бяха наблюдавани. Те откриха, че въпреки лошото усвояване в изследванията на клетъчните култури, кръглите наночастици са отлични за тумори в предклиничните модели, тъй като е по-малко вероятно да бъдат изчистени от имунната система. От друга страна, триъгълни наночастици се появяват както от in vitro, така и от in vivo тестове, което води до високо клетъчно усвояване и силни фототермични свойства.

Направете лечението на рак по-безопасно

Работата на екипа осветява взаимодействията между наночастиците в биологичните системи и необходимостта от преодоляване на несъответствията между откритията in vitro и in vivo, както се вижда от кръглите златни наночастици, разкрити от кръглите златни наночастици. Тези открития биха могли да ръководят разработването на преобразуващи формата наночастици или междинни дизайни, пригодени за оптимизиране на различни етапи на доставка на лекарства.

Освен това изследването осветява неизползвания потенциал за изследване на форми на наночастици отвъд сферите, които доминират в тези, одобрени от Американската администрация по храните и лекарствата. Методът за баркодиране на ДНК на изследователите може да се разпростре и върху други неорганични наночастици като желязо и силициев диоксид in vivo, разширявайки обхвата за доставка на лекарства и прецизна медицина.

Очаквайки напред, изследователите разширяват своята библиотека от наночастици с 30 дизайна, за да идентифицират кандидати, които могат да се насочат към субклетъчни органели. Подходящите след това се тестват за тяхната ефективност при заглушаване на гени и фототермична терапия за рак на гърдата. Доц. Тей също сподели, че откритията могат значително да подобрят разбирането ни за биологията на РНК и напредъка на техниките за доставяне на РНК, които все повече се прилагат в терапията за лечение на различни заболявания.

„Обърнахме се към ключово предизвикателство при лечението на рак – предоставяне на лекарства специално за ракови тъкани с по-голяма ефективност“, каза доц. Тей. „Ахилесовата пета на съществуващите лекарства, базирани на наночастици, е тяхното предположение за еднакво доставяне във всички органи, но реалността е, че различните органи реагират по различен начин. Проектирането на оптимално оформени наночастици за специфично насочване към орган подобрява безопасността и ефективността на раковите нанотерапевтици за лечение на рак – и извън него.“

източници: