Рак: «Интеллектуальная доставка лекарств» на подходе
Новое исследование открывает путь к доставке противоопухолевых препаратов в опухоли с невиданным ранее уровнем точности.
В новой системе «интеллектуальной доставки лекарств» используется нанокапсула, которая освобождает свою лекарственную нагрузку только при обнаружении двух сигналов опухоли в правильной последовательности.
Доказательство принципа работы - теперь опубликовано в журнале. Химическая наука - описывает, как система успешно работала в ответ на последовательность двух состояний, возникающих внутри опухолей.
Первым условием было повышение кислотности выше определенного порога, а вторым - присутствие вещества под названием глутатион, уровень которого выше при определенных типах опухолей.
Выполнение этих двух условий - в этом точном порядке - информирует нанокапсулу о том, что она входит в «микросреду многоступенчатой опухоли», заставляя ее высвободить лекарственную нагрузку. Если он соответствует только одному условию или соответствует им в обратном порядке, он не высвобождает лекарство.
Старший автор исследования Вэй-Хун Чжу, профессор химии Восточно-Китайского университета науки и технологий в Шанхае, и его команда протестировали систему сначала на лабораторных клетках, а затем на живых мышах.
«Новое поколение лекарств»
Нанокапсула выделяет уникальные флуоресцентные маркеры - один, когда он соответствует первому условию, и другой, другой, когда он соответствует второму, что означает, что за ходом доставки лекарственного средства можно точно следить по мере его возникновения.
Это открывает возможность использования системы в качестве «интеллектуального флуоресцентного датчика» для более точной диагностики.
Профессор Чжу говорит, что он и его коллеги полагают, что исследование приведет к «новому поколению лекарств», которые можно запрограммировать на логическую реакцию на определенные раздражители.
Одна из причин, по которой их новая система переводит доставку лекарств на другой уровень, заключается в том, что она использует «логику И на основе последовательности», а не логику ИЛИ для запуска высвобождения лекарства.
Система доставки, использующая логику ИЛИ, высвобождает лекарство, когда оно удовлетворяет любому из условий, на которые оно запрограммировано реагировать.
С другой стороны, с логикой И, основанной на последовательности, система высвобождает лекарство только тогда, когда оба условия выполняются в правильной последовательности.
Ученые предполагают, что такой подход лучше защищает лекарство от «деструктивной среды и нежелательных взаимодействий» и обеспечивает более точный запуск высвобождения «при необходимости».
Как это устроено
Хотя удобно описывать систему доставки лекарств как «нанокапсулу, содержащую лекарственную нагрузку», это не совсем то, как это работает.
На самом деле система состоит из длинных молекул, состоящих из трех частей. Первый излучает флуоресцентный сигнал, второй - «пролекарство», а третий - длинный «полимерный хвост». При высвобождении пролекарство метаболизируется в противораковое лекарственное средство.
Он «сверхчувствительно» реагирует на изменение pH или кислотности. И когда он перемещается из кровотока (где кислотность ниже) в среду опухоли (где кислотность выше), он чувствует падение pH.
Хотя pH выше запрограммированного порога, длинные молекулы образуют форму, которая называется «мицеллой». Он напоминает сферу со всеми полимерными хвостами снаружи и флуоресцентными блоками в центре. В этом образовании подавляется флуоресцентный сигнал.
Но когда мицелла попадает в среду, в которой pH падает ниже определенного порога, образование прекращается, и длинные молекулы освобождаются.
Первое, что происходит, это то, что флуоресцентный сигнал больше не будет подавляться и его можно будет обнаружить. Это означает, что первое условие логики И (падение pH) было выполнено.
Освобождение длинных молекул позволяет второму условию, если оно выполняется, действовать. В этом случае воздействие глутатиона разрывает связь между длинной молекулой и пролекарством. После запуска пролекарство может превращаться в активное противоопухолевое лекарство.
Два флуоресцентных сигнала
Потеря пролекарства означает, что длинная молекула становится короче, вызывая сдвиг «цвета» или длины волны флуоресцентного сигнала, который все еще излучается, «с зеленого на пурпурно-красный». Это сигнализирует, что второе условие логики AND было выполнено в правильной последовательности.
Авторы отмечают, что эта двухволновая флуоресценция делает систему «подходящей для выполнения трехмерной биовизуализации в реальном времени», которая может быть «мощным инструментом для точной диагностики заболеваний, особенно подозрительных поражений».
Когда команда проверила систему на клетках и на живых мышах, она обнаружила, что она демонстрирует «отличную способность многоступенчатого нацеливания на опухоль». У мышей он также показал «значительное усиление противоопухолевой активности […], почти полностью уничтожившее опухоль».
«Этот логический нанозонд представляет собой прототип для разработки интеллектуальных биосенсорных зондов in vivo для точных программируемых систем доставки лекарств».
Проф. Вэй-Хун Чжу
