Rak: „Inteligentna dostava zdravil“ je na poti
Nove raziskave utirajo pot do dostave zdravil proti raku v tumorje z natančnostjo, kakršne še nismo videli.
Novi sistem "inteligentne dostave zdravil" uporablja nanokapsulo, ki bo obremenitev z zdravili izpraznila le, če bo v pravilnem zaporedju naletela na dva tumorska signala.
Prispevek »dokaz o principu« - zdaj objavljen v reviji Kemijska znanost - opisuje, kako je sistem uspešno deloval kot odziv na zaporedje dveh stanj, ki se pojavita v tumorjih.
Prvi pogoj je bil dvig kislosti nad določenim pragom, drugi pa prisotnost snovi, imenovane glutation, katere ravni so pri nekaterih vrstah tumorjev višje.
Izpolnjevanje teh dveh pogojev - v tem natančnem vrstnem redu - nanokapsulo obvesti, da vstopa v "večstopenjsko tumorsko mikrookolje", zaradi česar sprosti svojo količino zdravil. Če izpolnjuje samo en pogoj ali jih izpolnjuje v obratnem vrstnem redu, zdravila ne sprosti.
Višji avtor študije Wei-Hong Zhu, profesor kemije na vzhodnokitajski univerzi za znanost in tehnologijo v Šanghaju, je s svojo ekipo sistem najprej preizkusil v laboratorijskih celicah, nato pa še na živih miših.
"Nova generacija zdravil"
Nanokapsula sprosti edinstvene fluorescentne markerje - enega, ko izpolnjuje prvi pogoj, in drugega, drugačnega, ko izpolnjuje drugega, kar pomeni, da lahko napredku dostave zdravil natančno sledimo, ko se zgodi.
To odpira možnost uporabe sistema kot "pametnega fluorescenčnega senzorja" za natančnejšo diagnostiko.
Prof. Zhu pravi, da on in njegovi kolegi verjamejo, da bo raziskava privedla do "nove generacije zdravil", ki jih je mogoče programirati tako, da se na določene dražljaje odzovejo logično.
Eden od razlogov, da njihov novi sistem prenaša dostavo zdravil na drugo raven, je ta, da za sproščanje drog uporablja "logiko AND, ki temelji na zaporedju" in ne logiko OR.
Sistem za dostavo, ki uporablja logiko ALI, sprosti zdravilo, če izpolnjuje katerega od pogojev, na katere je programirano, da se odzove.
Z logiko AND, ki temelji na zaporedju, pa sistem sprosti zdravilo le, če sta oba pogoja izpolnjena v pravem zaporedju.
Znanstveniki predlagajo, da ta pristop zdravilo bolje ščiti pred "uničujočim okoljem in neželenimi interakcijami" in zagotavlja natančnejše sprožanje sproščanja "po potrebi".
Kako deluje
Čeprav je sistem za dajanje zdravil priročno opisati kot "nanokapsulo, ki zapira tovor drog", vendar ni povsem natančno, kako deluje.
Sistem dejansko obsega dolge molekule, sestavljene iz treh delov. Prvi oddaja fluorescenčni signal, drugi je "predzdravilo", tretji pa dolg "polimerni rep". Predzdravilo se presnovi v zdravilo proti raku, ko se sprosti.
Odziva se "ultra občutljivo" na spremembe pH ali kislosti. In ko se iz krvnega obtoka (kjer je kislost nižja) premakne v tumorsko okolje (kjer je kislost večja), zazna padec pH.
Medtem ko je pH višji od programiranega praga, dolge molekule tvorijo obliko, ki se imenuje "micela". Ta je podoben krogli z vsemi polimernimi repi na zunanji strani in fluorescentnimi enotami v sredini. V tej tvorbi je fluorescenčni signal potlačen.
Ko pa micela vstopi v okolje, v katerem pH pade pod določen prag, se tvorba razveljavi in dolge molekule se sprostijo.
Prva stvar, ki se zgodi, je, da fluorescenčni signal ne bo več potlačen in ga bo mogoče zaznati. To pomeni, da je bil izpolnjen prvi pogoj logike AND (padec pH).
Osvobajanje dolgih molekul omogoča, da drugi pogoj, ko je izpolnjen, učinkuje. V tem primeru izpostavljenost glutationu prekine povezavo med dolgo molekulo in predzdravilom. Ko se predzdravilo sprosti, se lahko nato presnovi v aktivno zdravilo proti raku.
Dva fluorescentna signala
Izguba predzdravila pomeni, da se dolga molekula skrajša, kar povzroči premik v "barvi" ali valovni dolžini fluorescentnega signala - ki se še vedno oddaja - "od zelene do vijolično-rdeče". To pomeni, da je bil drugi pogoj logike AND izpolnjen v pravem zaporedju.
Avtorji ugotavljajo, da ta fluorescenca z dvojno valovno dolžino naredi sistem "primeren za izvajanje tridimenzionalnega bio-slikanja v realnem času", ki je lahko "močno orodje za natančno diagnostiko bolezni, zlasti za sumljive lezije".
Ko je ekipa preizkusila sistem v celicah in na živih miših, je odkrila, da ima "odlično večstopenjsko sposobnost ciljanja na tumor". Pri miših je pokazal tudi "znatno povečanje protitumorske aktivnosti […], ki je skoraj izkoreninila tumor."
"Ta nanosonda z smislom za logiko je prototip za razvoj in vivo inteligentnih sond za biosenziranje za natančne programabilne sisteme za dajanje zdravil."
Prof. Wei-Hong Zhu
