Vedci z NUS vyvíjajú nanočastice s čiarovým kódom DNA pre cielenú liečbu rakoviny

Vedci z NUS vyvíjajú nanočastice s čiarovým kódom DNA pre cielenú liečbu rakoviny

Tím výskumníkov z Národnej univerzity v Singapure (NUS) vyvinul novú metódu na zlepšenie presnosti liečby rakoviny pomocou zlatých nanočastíc označených čiarovými kódmi DNA.

Štúdia, ktorú vedie odborný asistent Andy Tay z Katedry biomedicínskeho inžinierstva na Vysokej škole dizajnu a inžinierstva a Inštitútu zdravotníckych inovácií a technológií v NUS, demonštruje zahrievanie nádorových buniek počas fototermálnej terapie. Tieto výsledky odhalili rôzne preferencie nádorových buniek pre určité konfigurácie nanočastíc, ktoré by mohli umožniť vývoj personalizovanej liečby rakoviny, ktorá je bezpečnejšia a účinnejšia.

Nová technika tímu, odhalená v článku publikovanom vPokročilé funkčné materiály24. novembra 2024 umožňuje vysokovýkonný skríning tvarov, veľkostí a zmien nanočastíc, čím sa znižujú súvisiace náklady na skríning. Okrem liečby rakoviny má tento spôsob širšie terapeutické aplikácie, vrátane dodania RNA a zacielenia na chorobu na orgánovo špecifickej úrovni.

Na veľkosti a tvare záleží

Zlato je viac ako len bling. Keď sa nanočastice zlata zmenšia na približne jednu tisícinu šírky ľudského vlasu, žiaria ako terapeutické prostriedky na terapiu rakoviny. Napríklad náplasti z drahých kovov sa používajú pri fototermálnej terapii, pri ktorej častice dodávané do miesta nádoru premieňajú špecifické vlnové dĺžky svetla na teplo, čím zabíjajú okolité rakovinové bunky. Nanočastice zlata môžu tiež slúžiť ako poslovia liekov na dodávanie liekov priamo do špecifických miest v nádore.

Aby však tieto zlaté nanočastice fungovali, musia najprv úspešne vstúpiť do cieľových miest. Predstavte si to ako doručovateľa so špeciálnym kľúčom – ak kľúč nepasuje do zámku, balík neprejde. “

Odborný asistent Andy Tay, Katedra biomedicínskeho inžinierstva, Vysoká škola dizajnu a inžinierstva a Institute of Health Innovation and Technology na NUS

Na dosiahnutie tejto úrovne presnosti je potrebné nájsť správny dizajn nanočastíc – ich tvar, veľkosť a povrchové vlastnosti musia zodpovedať preferenciám cieľových buniek. Existujúce metódy skríningu na určenie optimálnych návrhov sú však ako hľadanie ihiel v kope sena. Okrem toho tieto metódy často postrádajú preferencie rôznych typov buniek v rámci nádoru, od imunitných cez endotelové až po rakovinové bunky.

Na riešenie týchto problémov sa výskumníci NUS obrátili na čiarové kódy DNA. Každá nanočastica je označená jedinečnou sekvenciou DNA, ktorá výskumníkom umožnila označiť a sledovať jednotlivé návrhy, podobne ako pri registrácii balíka pripraveného na odoslanie poštou v doručovacom systéme. Dôležité je, že tieto čiarové kódy umožnili tímu súčasne monitorovať viacero návrhov nanočastíc in vivo, pretože ich sekvencie bolo možné ľahko extrahovať a analyzovať, aby sa presne určili polohy nanočastíc v tele.

"Použili sme funkcionalizáciu tiolu na bezpečné ukotvenie čiarových kódov DNA k povrchu zlatých nanočastíc. To zaisťuje prácu tímu.

Aby to dokázali, výskumníci predstavili nanočastice v šiestich rôznych tvaroch a veľkostiach, kde sa monitorovala ich distribúcia a absorpcia v rôznych typoch buniek. Zistili, že napriek slabej absorpcii v štúdiách bunkových kultúr boli okrúhle nanočastice vynikajúce pre nádory v predklinických modeloch, pretože bolo menej pravdepodobné, že ich imunitný systém odstráni. Na druhej strane sa z testov in vitro aj in vivo objavili trojuholníkové nanočastice, čo viedlo k vysokej bunkovej absorpcii a silným fototermálnym vlastnostiam.

Zvýšenie bezpečnosti liečby rakoviny

Práca tímu osvetľuje interakcie medzi nanočasticami v biologických systémoch a potrebu preklenúť nezrovnalosti medzi nálezmi in vitro a in vivo, o čom svedčia okrúhle zlaté nanočastice odhalené okrúhlymi zlatými nanočasticami. Tieto zistenia by mohli viesť k vývoju tvarovo morfujúcich nanočastíc alebo medziproduktov prispôsobených na optimalizáciu rôznych štádií dodávania liečiva.

Okrem toho výskum osvetľuje nevyužitý potenciál na skúmanie tvarov nanočastíc mimo sfér, ktoré dominujú tým, ktoré schválil americký Úrad pre kontrolu potravín a liečiv. Metóda DNA čiarových kódov vedcov by sa mohla rozšíriť aj na iné anorganické nanočastice, ako je železo a oxid kremičitý in vivo, čím sa rozširuje rozsah dodávania liekov a presnej medicíny.

Pri pohľade do budúcnosti výskumníci rozširujú svoju knižnicu nanočastíc o 30 návrhov, aby identifikovali kandidátov, ktorí sa môžu zamerať na subcelulárne organely. Vhodné sú potom testované na ich účinnosť pri umlčaní génov a fototermálnej terapii rakoviny prsníka. Asst Prof Tay tiež zdieľal, že zistenia by mohli výrazne zlepšiť naše chápanie biológie RNA a pokrok v technikách dodávania RNA, ktoré sa čoraz viac používajú v terapeutikách na liečbu rôznych chorôb.

„Zaoberali sme sa kľúčovou výzvou v liečbe rakoviny – predkladáme lieky špeciálne pre rakovinové tkanivá s vyššou účinnosťou,“ povedal Asst Prof Tay. "Achilovou pätou existujúcich liekov na báze nanočastíc je ich predpoklad jednotného podávania naprieč všetkými orgánmi, ale realita je taká, že rôzne orgány reagujú odlišne. Navrhnutie optimálne tvarovaných nanočastíc pre orgánovo špecifické cielenie zlepšuje bezpečnosť a účinnosť rakovinových nanoterapeutík na liečbu rakoviny - a nielen."

Zdroje: