NUS-forskere utvikler DNA-strekkodede nanopartikler for målrettet kreftbehandling

NUS-forskere utvikler DNA-strekkodede nanopartikler for målrettet kreftbehandling

Et team av forskere fra National University of Singapore (NUS) har utviklet en ny metode for å forbedre presisjonen av kreftbehandling ved å bruke gullnanopartikler merket med DNA-strekkoder.

Ledet av adjunkt Andy Tay fra Institutt for biomedisinsk ingeniørvitenskap ved College of Design and Engineering og Institute of Health Innovation & Technology ved NUS, demonstrerer studien oppvarming av tumorceller under fototermisk terapi. Disse resultatene avslørte de forskjellige preferansene til tumorceller for visse nanopartikkelkonfigurasjoner, noe som kan muliggjøre utvikling av personlig tilpassede kreftbehandlinger som er sikrere og mer effektive.

Lagets nye teknikk, avslørt i en artikkel publisert iAvanserte funksjonelle materialer24. november 2024, muliggjør screening med høy gjennomstrømning av nanopartikkelformer, størrelser og endringer, noe som reduserer tilhørende screeningskostnader. Utover kreftbehandling har metoden bredere terapeutiske anvendelser, inkludert RNA-levering og sykdomsmålretting på organspesifikk nivå.

Størrelse og form betyr noe

Gull er mer enn bare bling. Når gullnanopartikler reduseres til omtrent en tusendel av bredden av et menneskehår, skinner de som terapeutiske midler for kreftbehandling. For eksempel brukes flekker av det edle metallet i fototermisk terapi, der partikler levert til tumorstedet konverterer spesifikke bølgelengder av lys til varme, og dreper omkringliggende kreftceller. Gullnanopartikler kan også tjene som medikamentbudbringere for å levere medisiner direkte til bestemte steder i en svulst.

Men for at disse gylne nanopartikler skal fungere, må de først komme inn på målstedene. Tenk på det som en leveringsperson med en spesiell nøkkel - hvis nøkkelen ikke passer til låsen, kommer ikke pakken gjennom. "

Adjunkt Andy Tay, Institutt for biomedisinsk ingeniørfag, College of Design and Engineering og Institute of Health Innovation and Technology ved NUS

For å oppnå dette presisjonsnivået må det rette nanopartikkeldesignet finnes – dens form, størrelse og overflateegenskaper må samsvare med preferansene til målcellene. Imidlertid er eksisterende screeningmetoder for å bestemme optimale design som å lete etter nåler i en høystakk. Videre savner disse metodene ofte preferansene til forskjellige celletyper i en svulst, fra immun til endotel til kreftceller.

For å møte disse utfordringene vendte NUS-forskere seg til DNA-strekkoding. Hver nanopartikkel er merket med en unik DNA-sekvens, som gjorde det mulig for forskerne å merke og spore individuelle design, likt å registrere en pakke klar til å sendes med post i et leveringssystem. Viktigere, disse strekkodene gjorde det mulig for teamet å overvåke flere nanopartikkeldesigner samtidig in vivo fordi sekvensene deres lett kunne trekkes ut og analyseres for å finne nanopartiklers plassering i kroppen.

"Vi brukte tiolfunksjonalisering for å forankre DNA-strekkodene sikkert til overflaten av gullnanopartiklene. Dette sikrer teamets arbeid.

For å demonstrere dette presenterte forskerne nanopartikler i seks forskjellige former og størrelser, hvor deres fordeling og opptak på tvers av ulike celletyper ble overvåket. De fant at til tross for dårlig opptak i cellekulturstudier, var runde nanopartikler utmerket for svulster i prekliniske modeller fordi det var mindre sannsynlig at de ble fjernet av immunsystemet. På den annen side har trekantede nanopartikler dukket opp fra både in vitro og in vivo tester, noe som har resultert i høyt cellulært opptak og sterke fototermiske egenskaper.

Gjør kreftbehandling tryggere

Teamets arbeid belyser interaksjonene mellom nanopartikler i biologiske systemer og behovet for å bygge bro over avvikene mellom in vitro og in vivo funn, som bevist av de runde gullnanopartikler avslørt av de runde gullnanopartikler. Disse funnene kan lede utviklingen av formformende nanopartikler eller mellomdesign som er skreddersydd for å optimalisere ulike stadier av medikamentlevering.

I tillegg belyser forskningen det uutnyttede potensialet til å utforske nanopartikkelformer utenfor sfærene som dominerer de som er godkjent av U.S. Food and Drug Administration. Forskernes DNA-strekkodingsmetode kan også utvides til andre uorganiske nanopartikler som jern og silika in vivo, noe som utvider omfanget for medikamentlevering og presisjonsmedisin.

Ser frem til, utvider forskerne sitt nanopartikkelbibliotek med 30 design for å identifisere kandidater som kan målrette mot subcellulære organeller. Egnede blir deretter testet for deres effektivitet i gendemping og fototermisk terapi for brystkreft. Asst Prof Tay delte også at funnene betydelig kan forbedre vår forståelse av RNA-biologi og utviklingen av RNA-leveringsteknikker, som i økende grad blir brukt i terapi for å behandle ulike sykdommer.

"Vi har tatt tak i en nøkkelutfordring innen kreftbehandling - å sende inn medisiner spesielt for kreftvev med større effektivitet," sa professor Tay. "Akilleshælen til eksisterende nanopartikkelbaserte legemidler er deres antakelse om ensartet levering på tvers av alle organer, men realiteten er at ulike organer reagerer forskjellig. Å designe optimalt formede nanopartikler for organspesifikk målretting forbedrer sikkerheten og effektiviteten til kreftnanoterapeutika for kreftbehandling – og videre."

Kilder: