Nanostars liefern Krebsmedikamente direkt zum Kern

Wissenschaftler der Northwestern University in den USA haben ein einfaches, spezialisiertes, sternförmiges Goldnanopartikel entwickelt, das Medikamente direkt in den Kern einer Krebszelle einbringen kann. Sie schreiben in einer kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Zeitung über ihre Arbeit ACS Nano.
Senior Autor Dr. Teri W. Odom, sagte in einer am Donnerstag veröffentlichten Erklärung:
"Unsere mit Drogen beladenen Gold-Nanostars sind winzige Anhalter."
"Sie werden von einem Protein auf der Oberfläche der Krebszelle angezogen, das die Nanosterne bequem in den Zellkern transportiert. Dann geben die Nanosterne auf der Zellkernseite die Droge ab, die in den Zellkern weiterarbeitet", fügte sie hinzu.
Wissenschaftler wenden sich zunehmend der Nanotechnologie zu, um Krankheiten auf zellulärer Ebene zu bekämpfen. Obwohl es erhebliche Design-Herausforderungen birgt, bietet die Nanotechnologie leistungsstarke Möglichkeiten zur gezielten Therapie.
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".
Jetzt ist das Team der Northwestern University das erste, das über die Schaffung eines einfachen, aber spezialisierten Nanopartikels berichtet, das auf den Kern einer Krebszelle zielen kann und als Erstes direkt im Nanometermaßstab darstellt, wie das winzige Objekt mit ihm interagiert.
Odom ist das Board of Lady Manager der Columbian Exposition Professor für Chemie an der Weinberg College of Arts und Sciences am Northwestern. Sie ist auch Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwissenschaften an der McCormick School of Engineering and Applied Science der Universität.
Für ihre Studie arbeiteten sie und ihre Kollegen mit menschlichen Gebärmutterhals- und Eierstockkrebszellen.
Mithilfe von Elektronenmikroskopie beobachteten sie, wie die mit Drogen beladenen Nanopartikel die Form der Krebszellkerne dramatisch veränderten.
Sie bemerkten, wie die glatten, elliptisch geformten Kerne mit tiefen Falten uneben wurden. Und sie entdeckten, dass diese Veränderung der Kernform mit dem Tod und dem Rückgang der Krebszellenpopulation zusammenfiel, zwei höchst erwünschten Ergebnissen der Krebsbehandlung.
Die Nanopartikel sind etwa 25 Nanometer breit, aus Gold und haben die Form von Sternen mit fünf bis zehn Punkten. Diese Form hat eine große Oberfläche, so dass sie eine hohe Ladung konzentrierter Wirkstoffmoleküle tragen kann.
Weil das Medikament auf der Oberfläche des Nanostars stabilisiert ist, brauchen Sie nicht so viel wie bei herkömmlichen Therapien, die freie Moleküle verwenden.
In dieser Studie verwendeten die Forscher ein einzelsträngiges DNA-Aptamer namens AS1411. Jeder Nanostar kann etwa 1.000 Stränge des Aptamer-Arzneimittels tragen, die an seiner Oberfläche haften.
Das DNA-Aptamer macht zwei Jobs. Die erste ist die Bindung mit dem "Shuttle" -Protein Nucleolin, das in Krebszellen überexprimiert wird und in der Zelle und auf der Zelloberfläche vorhanden ist. Der zweite Job ist, sobald er vom Nanostar freigesetzt wird, als die Droge selbst zu fungieren.
Sobald es sich an Nucleolin auf der Oberfläche der Krebszelle anheftet, nimmt der Drogen-tragende Nanostar eine Fahrt mit dem Protein auf, wenn es auf seinem Weg zum Kern in die Zelle eindringt.
Um das Medikament freizusetzen, haben die Forscher ultraschnelle Lichtimpulse, ähnlich denen in der LASIK-Chirurgie, auf die Zellen gerichtet. Dadurch werden die Bindungen zwischen der Goldoberfläche des Nanostars und dem unbelasteten Aptamer in den Zellkern geschnitten.
Die Sternform des Nanopartikels ist nicht nur nützlich, um eine große Arzneimittelnutzlast zu ermöglichen, sondern hilft auch, die Lichtimpulse an den Punkten des Sterns zu konzentrieren, was dazu beiträgt, die Arzneimittel an diesen Stellen freizusetzen.
Eine der Herausforderungen bei der Verwendung von Nanopartikeln zur Beförderung von Drogen besteht darin, sie dazu zu bringen, sie freizusetzen, sagte Odom, aber die Gold-Nanostars fanden das leicht.
Da das Nanopartikel selbst nicht in die Kernmembran eindringen muss, bedeutet dies, dass das Team in gewissem Umfang mit der Größe herumspielen kann, was die Designoptionen erhöht.
Der andere Vorteil der Gold-Nanosterne besteht in der Verwendung einer biokompatiblen Synthese, die für Nanopartikel nicht üblich ist.
Seit sie ihre Arbeit mit menschlichen Zervix- und Eierstockkrebszellen gemeldet haben, hat das Team ähnliche Wirkungen unter Verwendung der arzneistoffhaltigen Goldnanostars an 12 anderen Arten von menschlichen Krebszellen gefunden.
Odom sagte, es scheint, dass alle Krebszellen in ähnlicher Weise reagieren, was darauf hindeutet, dass "die Shuttle-Fähigkeiten des Nukleolin-Proteins für funktionalisierte Nanopartikel eine generelle Strategie für eine zielgerichtete Wirkstoffabgabe sein könnten".
Odom sagte, dass es möglich sein sollte, diese Methode (wo sich die Lichtquelle außerhalb des Körpers befindet) für Fälle zu optimieren, in denen sich Tumore in der Nähe der Hautoberfläche befinden, wie in der Haut und bei einigen Brustkrebsen.
Es könnte auch in der Chirurgie verwendet werden, wo der Chirurg, sobald der Tumor entfernt ist, Goldnanostars und die Lichtquelle verwenden kann, um alle im umliegenden Gewebe verbleibenden streunenden Krebszellen auszurotten.
Geschrieben von Catharine Paddock

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