NUS-forskere udvikler DNA-stregkodede nanopartikler til målrettet kræftbehandling

NUS-forskere udvikler DNA-stregkodede nanopartikler til målrettet kræftbehandling

Et team af forskere fra National University of Singapore (NUS) har udviklet en ny metode til at forbedre præcisionen af ​​kræftbehandling ved hjælp af guld nanopartikler mærket med DNA-stregkoder.

Ledet af adjunkt Andy Tay fra Institut for Biomedicinsk Teknik ved College of Design and Engineering og Institute of Health Innovation & Technology ved NUS, viser undersøgelsen opvarmning af tumorceller under fototermisk terapi. Disse resultater afslørede tumorcellers forskellige præferencer for visse nanopartikelkonfigurationer, hvilket kunne muliggøre udviklingen af ​​personlige kræftbehandlinger, der er sikrere og mere effektive.

Holdets nye teknik, afsløret i et papir udgivet iAvancerede funktionelle materialerDen 24. november 2024 muliggør high-throughput screening af nanopartiklers former, størrelser og ændringer, hvilket reducerer de tilhørende screeningsomkostninger. Ud over kræftbehandling har metoden bredere terapeutiske anvendelser, herunder RNA-levering og sygdomsmålretning på det organspecifikke niveau.

Størrelse og form betyder noget

Guld er mere end bare bling. Når guldnanopartikler reduceres til omkring en tusindedel af bredden af ​​et menneskehår, skinner de som terapeutiske midler til kræftbehandling. For eksempel bruges pletter af det ædle metal i fototermisk terapi, hvor partikler leveret til tumorstedet omdanner specifikke bølgelængder af lys til varme, hvilket dræber omgivende kræftceller. Guld nanopartikler kan også tjene som lægemiddelbudbringere til at levere lægemidler direkte til bestemte steder i en tumor.

Men for at disse gyldne nanopartikler skal virke, skal de først komme ind på målstederne. Tænk på det som en udbringer med en speciel nøgle - hvis nøglen ikke passer til låsen, kommer pakken ikke igennem. “

Adjunkt Andy Tay, Institut for Biomedicinsk Teknik, College of Design and Engineering og Institute of Health Innovation and Technology ved NUS

For at opnå dette præcisionsniveau skal det rigtige nanopartikeldesign findes – dets form, størrelse og overfladeegenskaber skal matche målcellernes præferencer. Men eksisterende screeningsmetoder til at bestemme optimale designs er som at lede efter nåle i en høstak. Desuden savner disse metoder ofte præferencerne for forskellige celletyper i en tumor, fra immun til endotel til cancerceller.

For at løse disse udfordringer vendte NUS-forskere sig til DNA-stregkodning. Hver nanopartikel er mærket med en unik DNA-sekvens, som gjorde det muligt for forskerne at markere og spore individuelle designs, svarende til at registrere en pakke klar til at blive sendt med posten i et leveringssystem. Det er vigtigt, at disse stregkoder gjorde det muligt for holdet samtidig at overvåge flere nanopartikeldesigns in vivo, fordi deres sekvenser nemt kunne udvindes og analyseres for at lokalisere nanopartiklernes placering i kroppen.

"Vi brugte thiolfunktionalisering til sikkert at forankre DNA-stregkoderne til overfladen af ​​guldnanopartiklerne. Dette sikrer teamets arbejde.

For at demonstrere dette præsenterede forskerne nanopartikler i seks forskellige former og størrelser, hvor deres fordeling og optagelse på tværs af forskellige celletyper blev overvåget. De fandt ud af, at på trods af dårlig optagelse i cellekulturstudier var runde nanopartikler fremragende til tumorer i prækliniske modeller, fordi de var mindre tilbøjelige til at blive renset af immunsystemet. På den anden side er trekantede nanopartikler dukket op fra både in vitro og in vivo test, hvilket resulterer i høj cellulær optagelse og stærke fototermiske egenskaber.

Gør kræftbehandlinger sikrere

Holdets arbejde belyser interaktionerne mellem nanopartikler i biologiske systemer og behovet for at bygge bro over uoverensstemmelserne mellem in vitro og in vivo fund, som det fremgår af de runde guld nanopartikler afsløret af de runde guld nanopartikler. Disse resultater kunne guide udviklingen af ​​form-morphing nanopartikler eller mellemliggende designs skræddersyet til at optimere forskellige stadier af lægemiddellevering.

Derudover belyser forskningen det uudnyttede potentiale til at udforske nanopartikelformer ud over de sfærer, der dominerer dem, der er godkendt af U.S. Food and Drug Administration. Forskernes DNA-stregkodningsmetode kunne også udvides til andre uorganiske nanopartikler såsom jern og silica in vivo, hvilket udvider mulighederne for lægemiddellevering og præcisionsmedicin.

Ser frem til, udvider forskerne deres nanopartikelbibliotek med 30 designs for at identificere kandidater, der kan målrette mod subcellulære organeller. Egnede testes derefter for deres effektivitet i gendæmpning og fototermisk terapi for brystkræft. Asst Prof Tay delte også, at resultaterne betydeligt kunne forbedre vores forståelse af RNA-biologi og fremskridt inden for RNA-leveringsteknikker, som i stigende grad anvendes i terapeutiske midler til behandling af forskellige sygdomme.

"Vi har adresseret en nøgleudfordring inden for kræftbehandling - at indsende lægemidler specifikt til kræftvæv med større effektivitet," sagde Asst Prof Tay. "Akilleshælen af ​​eksisterende nanopartikel-baserede lægemidler er deres antagelse om ensartet levering på tværs af alle organer, men virkeligheden er, at forskellige organer reagerer forskelligt. Design af optimalt formede nanopartikler til organspecifik målretning forbedrer sikkerheden og effektiviteten af ​​kræftnanoterapeutika til kræftbehandling - og videre."

Kilder: