Nano-Fabriken könnten Medikamente an Tumorstellen produzieren

Ein Forscherteam am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA hat Nanopartikel entwickelt, die Proteine ??produzieren, wenn ultraviolettes (UV) Licht auf sie scheint: Sie legen nahe, dass mit dieser Idee "Nanofabriken" entstehen könnten, die auf Proteinen basieren Drogen an Tumorstandorten, um Krebs zu bekämpfen.
Sie schreiben über ihre Arbeit in der Online-Ausgabe der Zeitschrift am 20. März Nano Buchstabenund es gibt auch eine Beschreibung in einem Artikel, der diese Woche auf der MIT-Website veröffentlicht wurde.
Protein-basierte Medikamente, die Krebs bekämpfen, existieren, aber sie sind durch die Tatsache begrenzt, dass der Körper sie bricht, bevor sie ihr Ziel erreichen können.
Das Team im Labor des David H. Koch-Instituts am MIT, Robert Langer, scheint dieses Problem überwunden zu haben, indem es einen Weg gefunden hat, die Proteine ??in situ mithilfe von Nanotechnologie herzustellen.
Wissenschaftler wenden sich zunehmend der Nanotechnologie zu, um eine Therapie auf zellulärer Ebene zu erreichen.
Zum Beispiel beschrieb eine andere kürzlich berichtete Studie, die von der Johns Hopkins Universität geführt wurde, wie man harmlose Bakterien verwendet, um Nanodrähte, Perlen und andere Nanostrukturen an Zielorten im menschlichen Körper zu "rucksackern". Und Wissenschaftler der Northwestern University haben ein Nanopartikel entwickelt, das Medikamente direkt in den Kern einer Krebszelle einbringen kann.
Die Idee hinter den MIT-Nanopartikeln ist, dass sie, wenn sie ihr Ziel erreichen, ein UV-Licht auf sie aufleuchten lassen, und sie werden zu Proteinfabriken, die die Moleküle der Krebsmedikamente genau dort herstellen, wo sie benötigt werden.
Sie kamen auf die Idee, wenn sie über Möglichkeiten nachdachten, metastatische Tumore anzugreifen, die aus Krebszellen stammen, die von der ursprünglichen Krebsstelle ausgewandert sind. 9 von 10 Krebstoten werden durch solche Tumore verursacht.
Für ihre Inspiration wandten sie sich der Natur zu, wo Zellen ihre Proteine ??nach DNA-Blueprint-Anweisungen herstellen, die sie zuerst in Boten-RNA (mRNA) kopieren.
Die mRNA leitet die Anweisungen an Ribosomen weiter, die Zellstrukturen, die die Anweisungen lesen, um die Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge zu assemblieren, um das assoziierte Protein zu bilden, ähnlich wie Perlenketten, um eine Kette zu bilden.
Erster Autor Avi Schroeder, ein Postdoc in Langers Labor, sagte:
"Wir wollten Maschinen verwenden, die sich bereits als sehr effektiv erwiesen haben. Ribosomen werden in der Natur verwendet und sie wurden von der Natur über Milliarden von Jahren perfektioniert, um die beste Maschine zu sein, die Protein produzieren kann."
Die Nanopartikel lagern sich selbst zusammen und nutzen Lipide, um die äußeren Hüllen, Ribosomen, Aminosäuren und die Enzyme zu bilden, die für die Proteinsynthese benötigt werden. Und natürlich müssen Sie DNA-Sequenzen für die gewünschten Proteine ??einschließen.
Schröder sagte, ihre Studie sei der "erste Beweis dafür, dass man tatsächlich neue Verbindungen aus inerten Ausgangsmaterialien im Körper synthetisieren kann".
Die Partikel könnten verwendet werden, um kleine Proteine, die Krebszellen angreifen, und schließlich große Proteine ??wie Antikörper, um das Immunsystem auszulösen, um Tumoren zu zerstören, sagte er.
Der clevere Teil des Nanopartikels ist, wie man die Proteinfabrik antreibt: Sie wollen nicht, dass die DNA freigesetzt wird, bis Sie bereit sind, mit der Proteinsynthese zu beginnen.
Die DNA ist in einer chemischen Verbindung namens DMNPE gefangen, die reversibel an die DNA bindet, diese aber freisetzt, wenn sie UV-Licht ausgesetzt wird.
Um ihre Idee zu testen, entwickelten die Forscher ein Nanopartikel, das so programmiert wurde, dass entweder grün fluoreszierendes Protein (GFP) oder Luciferase erzeugt wurde, die beide leicht zu erkennen sind.
Sie testeten sie an Mäusen und zeigten, dass sie die Proteine ??produzierten, sobald sie UV-Licht ausgesetzt waren.
James Heath ist Professor für Chemie am California Institute of Technology und war nicht an der Studie beteiligt, scheint aber von der Arbeit sehr begeistert zu sein. Er sagt, man müsse warten, bis die Nanopartikel ihr Ziel erreicht haben, bevor man sie einschaltet. Das könnte ein guter Weg sein, die Nebenwirkungen eines besonders giftigen Medikaments zu minimieren.
Es ist jedoch eine Sache, bei Mäusen so etwas erfolgreich zu demonstrieren, und bei Menschen eine ganz andere. Noch mehr Tests sind erforderlich, bevor wir sagen können, dass diese Idee therapeutische Proteine ??bei menschlichen Patienten liefern kann, sagte Heath.
"Es gibt viele Details, die es noch zu erarbeiten gibt, um ein praktikabler therapeutischer Ansatz zu sein, aber es ist ein wirklich grandioses und innovatives Konzept, und es bringt sicherlich seine Vorstellungskraft voran", sagte er.
Das Team arbeitet nun an Nanopartikeln, die potenzielle Krebsmedikamente synthetisieren können, und an neuen Wegen, die Partikel zu aktivieren, indem sie zum Beispiel Säurewerte oder andere biochemische Bedingungen bestimmter Körperregionen als Auslöser für die "Nanofabriken" nutzen.
Geschrieben von Catharine Paddock

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