Naukowcy z NUS opracowują nanocząstki z kodem kreskowym DNA do celowanej terapii przeciwnowotworowej

Naukowcy z NUS opracowują nanocząstki z kodem kreskowym DNA do celowanej terapii przeciwnowotworowej

Zespół naukowców z National University of Singapore (NUS) opracował nowatorską metodę poprawy precyzji leczenia nowotworów za pomocą nanocząstek złota znakowanych kodami kreskowymi DNA.

Badanie prowadzone pod kierunkiem adiunkta Andy'ego Taya z Wydziału Inżynierii Biomedycznej Wyższej Szkoły Projektowania i Inżynierii oraz Instytutu Innowacji i Technologii w Zdrowiu na NUS wykazało ogrzewanie komórek nowotworowych podczas terapii fototermicznej. Wyniki te ujawniły różne preferencje komórek nowotworowych w zakresie określonych konfiguracji nanocząstek, co może umożliwić opracowanie spersonalizowanych metod leczenia raka, które będą bezpieczniejsze i skuteczniejsze.

Nowatorska technika zespołu, ujawniona w artykule opublikowanym wZaawansowane materiały funkcjonalne24 listopada 2024 r. umożliwia wysokowydajne badanie przesiewowe kształtów, rozmiarów i zmian nanocząstek, zmniejszając powiązane koszty przesiewania. Poza leczeniem raka metoda ta ma szersze zastosowania terapeutyczne, w tym dostarczanie RNA i celowanie w chorobę na poziomie specyficznym dla narządu.

Rozmiar i kształt mają znaczenie

Złoto to coś więcej niż tylko błyskotki. Kiedy nanocząsteczki złota zostaną zredukowane do około jednej tysięcznej szerokości ludzkiego włosa, stają się one świetlistymi środkami terapeutycznymi w terapii nowotworów. Na przykład plastry z metali szlachetnych wykorzystuje się w terapii fototermicznej, w której cząsteczki dostarczane do miejsca guza przekształcają światło o określonej długości fali w ciepło, zabijając otaczające komórki nowotworowe. Nanocząstki złota mogą również służyć jako przekaźniki leków, umożliwiające dostarczanie leków bezpośrednio do określonych miejsc w guzie.

Aby jednak te złote nanocząsteczki zadziałały, muszą najpierw pomyślnie przedostać się do miejsc docelowych. Pomyśl o tym jak o dostawcy ze specjalnym kluczem – jeśli klucz nie pasuje do zamka, paczka nie dotrze. „

Adiunkt Andy Tay, Wydział Inżynierii Biomedycznej, Wyższa Szkoła Projektowania i Inżynierii oraz Instytut Innowacji i Technologii w Zdrowiu na NUS

Aby osiągnąć ten poziom precyzji, należy znaleźć odpowiedni projekt nanocząstek – ich kształt, rozmiar i właściwości powierzchni muszą odpowiadać preferencjom komórek docelowych. Jednakże istniejące metody przesiewowe w celu określenia optymalnych projektów przypominają szukanie igieł w stogu siana. Co więcej, w metodach tych często nie uwzględnia się preferencji różnych typów komórek nowotworowych, od komórek odpornościowych, przez komórki śródbłonkowe, po nowotworowe.

Aby stawić czoła tym wyzwaniom, badacze z NUS zajęli się kodami kreskowymi DNA. Każda nanocząstka oznaczona jest unikalną sekwencją DNA, co umożliwiło badaczom oznaczanie i śledzenie poszczególnych projektów, podobnie jak rejestrowanie w systemie dostaw paczki gotowej do wysłania pocztą. Co ważne, te kody kreskowe umożliwiły zespołowi jednoczesne monitorowanie wielu projektów nanocząstek in vivo, ponieważ można było łatwo wyodrębnić ich sekwencje i przeanalizować je w celu określenia lokalizacji nanocząstek w organizmie.

„Zastosowaliśmy funkcjonalizację tiolową, aby bezpiecznie zakotwiczyć kody kreskowe DNA na powierzchni nanocząstek złota. To gwarantuje pracę zespołu.

Aby to zademonstrować, badacze zaprezentowali nanocząstki w sześciu różnych kształtach i rozmiarach, monitorując ich dystrybucję i absorpcję przez różne typy komórek. Odkryli, że pomimo słabego wykorzystania w badaniach na hodowlach komórkowych, okrągłe nanocząsteczki doskonale nadawały się do leczenia nowotworów w modelach przedklinicznych, ponieważ było mniejsze prawdopodobieństwo, że zostaną usunięte przez układ odpornościowy. Z drugiej strony, zarówno w testach in vitro, jak i in vivo, wyłoniono trójkątne nanocząstki, które charakteryzują się wysokim wychwytem komórkowym i silnymi właściwościami fototermicznymi.

Zwiększenie bezpieczeństwa leczenia raka

Prace zespołu rzucają światło na interakcje między nanocząsteczkami w układach biologicznych oraz potrzebę zlikwidowania rozbieżności między wynikami badań in vitro i in vivo, czego dowodem są okrągłe nanocząsteczki złota odkryte przez okrągłe nanocząstki złota. Odkrycia te mogą pomóc w opracowaniu zmieniających kształt nanocząstek lub projektów pośrednich dostosowanych do optymalizacji różnych etapów dostarczania leku.

Ponadto badanie rzuca światło na niewykorzystany potencjał badania kształtów nanocząstek wykraczających poza sfery dominujące w tych zatwierdzonych przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków. Opracowaną przez naukowców metodę kodowania kreskowego DNA można również zastosować in vivo na innych nieorganicznych nanocząsteczkach, takich jak żelazo i krzemionka, poszerzając zakres dostarczania leków i medycyny precyzyjnej.

Patrząc w przyszłość, naukowcy poszerzają swoją bibliotekę nanocząstek o 30 projektów, aby zidentyfikować kandydatów, którzy mogą celować w organelle subkomórkowe. Odpowiednie leki są następnie testowane pod kątem ich skuteczności w wyciszaniu genów i terapii fototermicznej raka piersi. Asst Prof Tay powiedział również, że odkrycia mogą znacząco poprawić naszą wiedzę na temat biologii RNA i rozwoju technik dostarczania RNA, które są coraz częściej stosowane w terapii w leczeniu różnych chorób.

„Sprostaliśmy kluczowemu wyzwaniu w leczeniu nowotworów – opracowaliśmy leki specjalnie na tkanki nowotworowe o większej skuteczności” – powiedział doradca profesor Tay. „Piętą achillesową istniejących leków na bazie nanocząstek jest założenie równomiernego dostarczania do wszystkich narządów, ale rzeczywistość jest taka, że ​​różne narządy reagują odmiennie. Projektowanie optymalnie ukształtowanych nanocząstek w celu ukierunkowania na narządy poprawia bezpieczeństwo i skuteczność nanoterapeutyków przeciwnowotworowych w leczeniu raka – i nie tylko”.

Źródła: