NUS pētnieki izstrādā DNS svītrkoda nanodaļiņas mērķtiecīgai vēža terapijai

NUS pētnieki izstrādā DNS svītrkoda nanodaļiņas mērķtiecīgai vēža terapijai

Singapūras Nacionālās universitātes (NUS) pētnieku komanda ir izstrādājusi jaunu metodi, lai uzlabotu vēža ārstēšanas precizitāti, izmantojot zelta nanodaļiņas, kas marķētas ar DNS svītrkodiem.

Pētījums, ko vadīja docents Endijs Tajs no Dizaina un inženierzinātņu koledžas Biomedicīnas inženierijas katedras un NUS Veselības inovāciju un tehnoloģiju institūta, demonstrē audzēja šūnu sildīšanu fototermiskās terapijas laikā. Šie rezultāti atklāja audzēja šūnu atšķirīgās izvēles noteiktām nanodaļiņu konfigurācijām, kas varētu ļaut izstrādāt personalizētas vēža ārstēšanas metodes, kas ir drošākas un efektīvākas.

Komandas jaunā tehnika, kas atklāta rakstā, kas publicētsUzlaboti funkcionāli materiāli2024. gada 24. novembrī nodrošina nanodaļiņu formu, izmēru un izmaiņu augstas caurlaidības skrīningu, samazinot saistītās skrīninga izmaksas. Papildus vēža ārstēšanai šai metodei ir plašāks terapeitiskais pielietojums, tostarp RNS piegāde un slimības noteikšana orgānu specifiskā līmenī.

Lielumam un formai ir nozīme

Zelts ir vairāk nekā tikai bling. Kad zelta nanodaļiņas tiek samazinātas līdz apmēram tūkstošdaļai no cilvēka mata platuma, tās spīd kā vēža terapijas terapeitiskās vielas. Piemēram, dārgmetāla plāksterus izmanto fototermiskajā terapijā, kurā daļiņas, kas nogādātas audzēja vietā, pārvērš noteiktus gaismas viļņu garumus siltumā, nogalinot apkārtējās vēža šūnas. Zelta nanodaļiņas var kalpot arī kā zāļu vēstneši, lai zāles piegādātu tieši noteiktās audzēja vietās.

Tomēr, lai šīs zelta nanodaļiņas darbotos, tām vispirms ir veiksmīgi jāiekļūst mērķa vietās. Padomājiet par to kā par piegādātāju ar speciālu atslēgu – ja atslēga neder slēdzenei, paka netiks cauri. "

Docents Endijs Tajs, NUS Dizaina un inženierzinātņu koledžas Biomedicīnas inženierijas katedra un Veselības inovāciju un tehnoloģiju institūts

Lai sasniegtu šo precizitātes līmeni, ir jāatrod pareizais nanodaļiņu dizains – tā formai, izmēram un virsmas īpašībām jāatbilst mērķa šūnu vēlmēm. Tomēr esošās pārbaudes metodes optimālo dizainu noteikšanai ir kā adatu meklēšana siena kaudzē. Turklāt šīs metodes bieži vien neievēro dažādu audzēja šūnu veidu izvēli, sākot no imūnās līdz endotēlija un vēža šūnām.

Lai risinātu šīs problēmas, NUS pētnieki pievērsās DNS svītrkodēšanai. Katra nanodaļiņa ir marķēta ar unikālu DNS secību, kas ļāva pētniekiem atzīmēt un izsekot atsevišķus dizainus, līdzīgi kā piegādes sistēmā reģistrētu iepakojumu, kas gatavs nosūtīšanai pa pastu. Svarīgi, ka šie svītrkodi ļāva komandai vienlaikus uzraudzīt vairākus nanodaļiņu dizainus in vivo, jo to secības varēja viegli iegūt un analizēt, lai precīzi noteiktu nanodaļiņu atrašanās vietu organismā.

"Mēs izmantojām tiola funkcionalizāciju, lai droši piestiprinātu DNS svītrkodus zelta nanodaļiņu virsmai. Tas nodrošina komandas darbu.

Lai to pierādītu, pētnieki prezentēja nanodaļiņas sešās dažādās formās un izmēros, kur tika uzraudzīta to izplatība un uzņemšana dažādos šūnu veidos. Viņi atklāja, ka, neskatoties uz slikto uzņemšanu šūnu kultūras pētījumos, apaļās nanodaļiņas bija lieliski piemērotas audzējiem preklīniskajos modeļos, jo imūnsistēma tos mazāk iztīra. No otras puses, trīsstūrveida nanodaļiņas ir radušās gan in vitro, gan in vivo testos, kā rezultātā ir augsta šūnu uzņemšana un spēcīgas fototermiskās īpašības.

Padarot vēža ārstēšanu drošāku

Komandas darbs izgaismo mijiedarbību starp nanodaļiņām bioloģiskajās sistēmās un nepieciešamību novērst neatbilstības starp in vitro un in vivo atklājumiem, par ko liecina apaļās zelta nanodaļiņas, ko atklāj apaļās zelta nanodaļiņas. Šie atklājumi varētu vadīt formu morfējošu nanodaļiņu vai starpposma dizainu izstrādi, kas pielāgoti dažādu zāļu piegādes posmu optimizēšanai.

Turklāt pētījums atklāj neizmantoto potenciālu izpētīt nanodaļiņu formas ārpus sfērām, kas dominē tajās, kuras apstiprinājusi ASV Pārtikas un zāļu pārvalde. Pētnieku DNS svītrkodēšanas metode varētu attiekties arī uz citām neorganiskām nanodaļiņām, piemēram, dzelzi un silīcija dioksīdu in vivo, paplašinot zāļu piegādes un precīzās medicīnas iespējas.

Raugoties uz priekšu, pētnieki paplašina savu nanodaļiņu bibliotēku ar 30 modeļiem, lai identificētu kandidātus, kas var mērķēt uz subcelulāriem organelliem. Pēc tam tiek pārbaudīti piemērotie, lai noteiktu to efektivitāti gēnu klusēšanas un krūts vēža fototermiskajā terapijā. Asst Prof Tay arī dalījās, ka atklājumi varētu ievērojami uzlabot mūsu izpratni par RNS bioloģiju un RNS piegādes metožu attīstību, ko arvien vairāk izmanto terapijā dažādu slimību ārstēšanai.

"Mēs esam risinājuši galveno izaicinājumu vēža ārstēšanā — iesnieguši zāles, kas ir īpaši efektīvas vēža audiem," sacīja asst. "Esošo uz nanodaļiņām balstīto zāļu Ahileja papēdis ir to pieņēmums par vienmērīgu piegādi visos orgānos, taču realitāte ir tāda, ka dažādi orgāni reaģē atšķirīgi. Optimālas formas nanodaļiņu projektēšana orgānu specifiskai mērķauditorijas atlasei uzlabo vēža nanoterapijas drošību un efektivitāti vēža ārstēšanai - un ne tikai."

Avoti: