Vědci z NUS vyvíjejí nanočástice s čárovým kódem DNA pro cílenou léčbu rakoviny

Vědci z NUS vyvíjejí nanočástice s čárovým kódem DNA pro cílenou léčbu rakoviny

Tým výzkumníků z National University of Singapore (NUS) vyvinul novou metodu ke zlepšení přesnosti léčby rakoviny pomocí zlatých nanočástic označených čárovými kódy DNA.

Studie vedená odborným asistentem Andy Tayem z katedry biomedicínského inženýrství na College of Design and Engineering a Institute of Health Innovation & Technology v NUS, ukazuje zahřívání nádorových buněk během fototermální terapie. Tyto výsledky odhalily různé preference nádorových buněk pro určité konfigurace nanočástic, což by mohlo umožnit vývoj personalizovaných léčebných postupů proti rakovině, které jsou bezpečnější a účinnější.

Nová technika týmu, odhalená v článku publikovaném vPokročilé funkční materiály24. listopadu 2024 umožňuje vysoce výkonný screening tvarů, velikostí a změn nanočástic, čímž se snižují související náklady na screening. Kromě léčby rakoviny má způsob širší terapeutické aplikace, včetně dodávání RNA a cílení na onemocnění na orgánově specifické úrovni.

Na velikosti a tvaru záleží

Zlato je víc než jen bling. Když jsou nanočástice zlata zmenšeny na asi jednu tisícinu šířky lidského vlasu, září jako terapeutická činidla pro léčbu rakoviny. Například náplasti z drahých kovů se používají při fototermální terapii, při které částice dodané do místa nádoru přeměňují specifické vlnové délky světla na teplo a zabíjejí okolní rakovinné buňky. Zlaté nanočástice mohou také sloužit jako poslové léků k doručování léků přímo do konkrétních míst v nádoru.

Aby však tyto zlaté nanočástice fungovaly, musí nejprve úspěšně vstoupit do cílových míst. Představte si to jako doručovatele se speciálním klíčem – pokud klíč nezapadne do zámku, balík neprojde. “

Odborný asistent Andy Tay, Katedra biomedicínského inženýrství, Vysoká škola designu a inženýrství a Ústav zdravotních inovací a technologií na NUS

K dosažení této úrovně přesnosti musí být nalezen správný design nanočástic – jejich tvar, velikost a povrchové vlastnosti musí odpovídat preferencím cílových buněk. Stávající screeningové metody pro stanovení optimálních návrhů jsou však jako hledání jehel v kupce sena. Kromě toho tyto metody často postrádají preference různých typů buněk v nádoru, od imunitních přes endoteliální až po rakovinné buňky.

K řešení těchto problémů se výzkumníci NUS obrátili na čárové kódy DNA. Každá nanočástice je označena unikátní sekvencí DNA, která výzkumníkům umožnila označit a sledovat jednotlivé návrhy, podobně jako když registrujete balíček připravený k odeslání poštou v doručovacím systému. Důležité je, že tyto čárové kódy umožnily týmu simultánně sledovat několik návrhů nanočástic in vivo, protože jejich sekvence bylo možné snadno extrahovat a analyzovat, aby bylo možné přesně určit umístění nanočástic v těle.

"Použili jsme thiolovou funkcionalizaci k bezpečnému ukotvení čárových kódů DNA k povrchu zlatých nanočástic. To zajišťuje práci týmu.

Aby to vědci demonstrovali, představili nanočástice v šesti různých tvarech a velikostech, kde byla sledována jejich distribuce a absorpce v různých typech buněk. Zjistili, že navzdory špatnému příjmu ve studiích na buněčných kulturách byly kulaté nanočástice vynikající pro nádory v preklinických modelech, protože bylo méně pravděpodobné, že budou odstraněny imunitním systémem. Na druhé straně se z testů in vitro i in vivo objevily trojúhelníkové nanočástice, které vedly k vysoké buněčné absorpci a silným fototermálním vlastnostem.

Učinit léčbu rakoviny bezpečnější

Práce týmu osvětluje interakce mezi nanočásticemi v biologických systémech a potřebu překlenout nesrovnalosti mezi nálezy in vitro a in vivo, jak dokazují kulaté zlaté nanočástice odhalené kulatými zlatými nanočásticemi. Tato zjištění by mohla vést k vývoji tvarově morfujících nanočástic nebo přechodných návrhů přizpůsobených pro optimalizaci různých fází dodávání léků.

Kromě toho výzkum osvětluje nevyužitý potenciál pro zkoumání tvarů nanočástic mimo sféry, které dominují těm, které schválil americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv. Metoda čárových kódů DNA vědců by se mohla rozšířit také na další anorganické nanočástice, jako je železo a oxid křemičitý in vivo, čímž se rozšiřuje rozsah pro dodávání léků a přesnou medicínu.

Do budoucna vědci rozšiřují svou knihovnu nanočástic o 30 návrhů, aby identifikovali kandidáty, kteří mohou cílit na subcelulární organely. Vhodné jsou pak testovány na účinnost při umlčování genů a fototermální terapii rakoviny prsu. Asst Prof Tay také sdílel, že zjištění by mohla významně zlepšit naše chápání biologie RNA a pokrok v technikách dodávání RNA, které se stále častěji používají v terapeutikách k léčbě různých onemocnění.

„Řešili jsme klíčovou výzvu v léčbě rakoviny – předkládání léků speciálně pro rakovinné tkáně s větší účinností,“ řekl Asst Prof Tay. "Achillovou patou existujících léků na bázi nanočástic je jejich předpoklad jednotného dodávání napříč všemi orgány, ale realita je taková, že různé orgány reagují odlišně. Navrhování optimálně tvarovaných nanočástic pro orgánově specifické cílení zlepšuje bezpečnost a účinnost nanoterapeutik pro léčbu rakoviny - i mimo ni."

Zdroje: