Οι ερευνητές της NUS αναπτύσσουν νανοσωματίδια με γραμμικό κώδικα DNA για στοχευμένη θεραπεία καρκίνου

Οι ερευνητές της NUS αναπτύσσουν νανοσωματίδια με γραμμικό κώδικα DNA για στοχευμένη θεραπεία καρκίνου

Μια ομάδα ερευνητών από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης (NUS) ανέπτυξε μια νέα μέθοδο για τη βελτίωση της ακρίβειας της θεραπείας του καρκίνου χρησιμοποιώντας νανοσωματίδια χρυσού που έχουν επισημανθεί με γραμμικούς κώδικες DNA.

Με επικεφαλής τον επίκουρο καθηγητή Andy Tay από το Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής στο College of Design and Engineering και το Institute of Health Innovation & Technology στο NUS, η μελέτη καταδεικνύει τη θέρμανση των καρκινικών κυττάρων κατά τη διάρκεια της φωτοθερμικής θεραπείας. Αυτά τα αποτελέσματα αποκάλυψαν τις διαφορετικές προτιμήσεις των καρκινικών κυττάρων για ορισμένες διαμορφώσεις νανοσωματιδίων, οι οποίες θα μπορούσαν να επιτρέψουν την ανάπτυξη εξατομικευμένων θεραπειών για τον καρκίνο που είναι ασφαλέστερες και πιο αποτελεσματικές.

Η νέα τεχνική της ομάδας, αποκαλύφθηκε σε άρθρο που δημοσιεύτηκε στοΠροηγμένα λειτουργικά υλικάΣτις 24 Νοεμβρίου 2024, επιτρέπει τον έλεγχο υψηλής απόδοσης σχημάτων, μεγεθών και αλλαγών νανοσωματιδίων, μειώνοντας το σχετικό κόστος διαλογής. Πέρα από τη θεραπεία του καρκίνου, η μέθοδος έχει ευρύτερες θεραπευτικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της παροχής RNA και της στόχευσης ασθενειών σε επίπεδο συγκεκριμένου οργάνου.

Το μέγεθος και το σχήμα έχουν σημασία

Ο χρυσός είναι κάτι περισσότερο από ένα απλό bling. Όταν τα νανοσωματίδια χρυσού μειώνονται στο ένα χιλιοστό του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας, λάμπουν ως θεραπευτικοί παράγοντες για τη θεραπεία του καρκίνου. Για παράδειγμα, έμπλαστρα του πολύτιμου μετάλλου χρησιμοποιούνται στη φωτοθερμική θεραπεία, στην οποία σωματίδια που παραδίδονται στην περιοχή του όγκου μετατρέπουν συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός σε θερμότητα, σκοτώνοντας τα γύρω καρκινικά κύτταρα. Τα νανοσωματίδια χρυσού μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως αγγελιοφόροι φαρμάκων για να μεταφέρουν φάρμακα απευθείας σε συγκεκριμένες τοποθεσίες μέσα σε έναν όγκο.

Ωστόσο, για να λειτουργήσουν αυτά τα χρυσά νανοσωματίδια, πρέπει πρώτα να εισέλθουν με επιτυχία στις θέσεις-στόχους. Σκεφτείτε το ως ντελίβερι με ειδικό κλειδί - εάν το κλειδί δεν χωράει στην κλειδαριά, το πακέτο δεν θα περάσει. "

Επίκουρος Καθηγητής Andy Tay, Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής, College of Design and Engineering και Institute of Health Innovation and Technology στο NUS

Για να επιτευχθεί αυτό το επίπεδο ακρίβειας, πρέπει να βρεθεί ο σωστός σχεδιασμός νανοσωματιδίων – το σχήμα, το μέγεθος και οι επιφανειακές του ιδιότητες πρέπει να ταιριάζουν με τις προτιμήσεις των κυττάρων-στόχων. Ωστόσο, οι υπάρχουσες μέθοδοι διαλογής για τον καθορισμό των βέλτιστων σχεδίων είναι σαν να ψάχνετε για βελόνες σε μια θημωνιά. Επιπλέον, αυτές οι μέθοδοι συχνά χάνουν τις προτιμήσεις διαφορετικών τύπων κυττάρων εντός ενός όγκου, από ανοσοποιητικά έως ενδοθηλιακά έως καρκινικά κύτταρα.

Για να αντιμετωπίσουν αυτές τις προκλήσεις, οι ερευνητές της NUS στράφηκαν στο γραμμωτό κώδικα DNA. Κάθε νανοσωματίδιο επισημαίνεται με μια μοναδική αλληλουχία DNA, η οποία επέτρεψε στους ερευνητές να επισημάνουν και να παρακολουθήσουν μεμονωμένα σχέδια, παρόμοια με την καταχώρηση ενός πακέτου έτοιμου για αποστολή ταχυδρομικώς σε ένα σύστημα παράδοσης. Είναι σημαντικό ότι αυτοί οι γραμμωτοί κώδικες επέτρεψαν στην ομάδα να παρακολουθεί ταυτόχρονα πολλαπλά σχέδια νανοσωματιδίων in vivo, επειδή οι αλληλουχίες τους μπορούσαν εύκολα να εξαχθούν και να αναλυθούν για να εντοπιστούν οι θέσεις των νανοσωματιδίων στο σώμα.

«Χρησιμοποιήσαμε λειτουργικοποίηση θειόλης για να στερεώσουμε με ασφάλεια τους γραμμωτούς κώδικες DNA στην επιφάνεια των νανοσωματιδίων χρυσού. Αυτό διασφαλίζει τη δουλειά της ομάδας.

Για να το αποδείξουν αυτό, οι ερευνητές παρουσίασαν νανοσωματίδια σε έξι διαφορετικά σχήματα και μεγέθη, όπου παρακολουθούνταν η κατανομή και η πρόσληψή τους σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων. Διαπίστωσαν ότι παρά την κακή πρόσληψη σε μελέτες κυτταροκαλλιέργειας, τα στρογγυλά νανοσωματίδια ήταν εξαιρετικά για όγκους σε προκλινικά μοντέλα, επειδή ήταν λιγότερο πιθανό να καθαριστούν από το ανοσοποιητικό σύστημα. Από την άλλη πλευρά, τριγωνικά νανοσωματίδια έχουν προκύψει τόσο από δοκιμές in vitro όσο και in vivo, με αποτέλεσμα υψηλή κυτταρική πρόσληψη και ισχυρές φωτοθερμικές ιδιότητες.

Κάνοντας ασφαλέστερες τις θεραπείες για τον καρκίνο

Η εργασία της ομάδας φωτίζει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ νανοσωματιδίων σε βιολογικά συστήματα και την ανάγκη να γεφυρωθούν οι αποκλίσεις μεταξύ των ευρημάτων in vitro και in vivo, όπως αποδεικνύεται από τα στρογγυλά νανοσωματίδια χρυσού που αποκαλύπτονται από τα στρογγυλά νανοσωματίδια χρυσού. Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να καθοδηγήσουν την ανάπτυξη νανοσωματιδίων που μεταμορφώνουν το σχήμα ή ενδιάμεσων σχεδίων προσαρμοσμένων στη βελτιστοποίηση των διαφορετικών σταδίων χορήγησης φαρμάκου.

Επιπλέον, η έρευνα φωτίζει το αναξιοποίητο δυναμικό για εξερεύνηση σχημάτων νανοσωματιδίων πέρα ​​από τις σφαίρες που κυριαρχούν σε αυτές που έχουν εγκριθεί από την Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ. Η μέθοδος κωδικοποίησης DNA των ερευνητών θα μπορούσε επίσης να επεκταθεί και σε άλλα ανόργανα νανοσωματίδια, όπως ο σίδηρος και το πυρίτιο in vivo, διευρύνοντας το πεδίο για τη χορήγηση φαρμάκων και την ιατρική ακριβείας.

Προσβλέποντας στο μέλλον, οι ερευνητές επεκτείνουν τη βιβλιοθήκη νανοσωματιδίων τους κατά 30 σχέδια για να εντοπίσουν υποψηφίους που μπορούν να στοχεύσουν υποκυτταρικά οργανίδια. Στη συνέχεια, τα κατάλληλα ελέγχονται για την αποτελεσματικότητά τους στη γονιδιακή σίγαση και τη φωτοθερμική θεραπεία για τον καρκίνο του μαστού. Ο αναπληρωτής καθηγητής Tay μοιράστηκε επίσης ότι τα ευρήματα θα μπορούσαν να βελτιώσουν σημαντικά την κατανόησή μας για τη βιολογία του RNA και την πρόοδο των τεχνικών παροχής RNA, οι οποίες εφαρμόζονται όλο και περισσότερο στη θεραπευτική για τη θεραπεία διαφόρων ασθενειών.

«Αντιμετωπίσαμε μια βασική πρόκληση στη θεραπεία του καρκίνου – την υποβολή φαρμάκων ειδικά για καρκινικούς ιστούς με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα», δήλωσε ο αναπληρωτής καθηγητής Tay. "Η αχίλλειος πτέρνα των υπαρχόντων φαρμάκων με βάση τα νανοσωματίδια είναι η παραδοχή τους για ομοιόμορφη χορήγηση σε όλα τα όργανα, αλλά η πραγματικότητα είναι ότι διαφορετικά όργανα αντιδρούν διαφορετικά. Ο σχεδιασμός βέλτιστων διαμορφωμένων νανοσωματιδίων για στόχευση συγκεκριμένων οργάνων βελτιώνει την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα των νανοθεραπευτικών για τον καρκίνο για τη θεραπεία του καρκίνου - και όχι μόνο."

Πηγές: