science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Wetenschappers ontwikkelen platform om therapeutische nanomaterialen te onderzoeken

De bovenste rij geeft muizen aan met glioblastoom gecontroleerd op tumorgrootte. De onderste rij toont hun uitdrukking van MGMT, een eiwit dat tumorcellen resistenter maakt tegen chemotherapie. Links is een controle, terwijl rechts significant verlaagde niveaus van MGMT laat zien na behandeling met de nanodeeltjes. Krediet:Northwestern University

Wetenschappers van de Northwestern Medicine hebben een nieuw testplatform ontwikkeld om te beoordelen, live, de werkzaamheid van nanomaterialen bij het reguleren van genexpressie. De bevindingen, gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences , zou kunnen helpen om preklinisch onderzoek te vergemakkelijken en nanotherapeutica voor kankers te optimaliseren voordat ze klinische proeven bereiken.

Timoteüs Sita, een zevendejaars MD/PhD student in de opleiding tot medisch wetenschapper, was de eerste auteur van de studie, die in diermodellen naar het platform keek.

"Dit is een belangrijke stap voorwaarts voor het veld, " zei hoofdonderzoeker Alexander Stegh, doctoraat, universitair docent Neurologie en Geneeskunde. "De zeer grondige optimalisatie die we zien bij de ontwikkeling van conventionele geneesmiddelen ontbrak in de nanotech-ruimte, en we voelden er heel sterk voor om dit te veranderen. Het systeem dat we hier hebben ontwikkeld, stelt ons in staat om die inspanningen echt te ondersteunen, en onze nanodeeltjes evalueren in de meest relevante modellen, in een in vivo setting."

Tsjaad Mirkin, doctoraat, de George B. Rathmann hoogleraar scheikunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences en een professor in de geneeskunde in de afdeling Hematologie/Oncologie, was ook een corresponderende auteur van het papier.

De wetenschappers demonstreerden het concept terwijl ze nanostructuren gebruikten die sferische nucleïnezuren (SNA's) worden genoemd om zich te richten op een resistentiefactorgen in glioblastoma, een agressieve, ongeneeslijk type hersentumor.

SNA's, voor het eerst ontwikkeld door Mirkin in Northwestern in 1996, bestaan ​​uit dichte strengen RNA die rond een kern van nanodeeltjes zijn gepakt. Door hun unieke eigenschappen, SNA's kunnen zowel de bloed-hersenbarrière passeren als tumorcellen binnendringen, waar ze zich direct kunnen richten op genactiviteit die de groei van kanker stimuleert.

Hoewel deze conjugaten een veelbelovend hulpmiddel zijn in het tijdperk van precisiegeneeskunde, wetenschappers hadden voorheen geen kwantitatieve methode om te beoordelen hoe SNA's genactiviteit in levende organismen reguleerden, die nieuwe inzichten zouden opleveren over hoe de therapieën kunnen worden geoptimaliseerd.

"We hebben gezien dat deze deeltjes zich in principe op elk kankergen kunnen richten, maar we wisten niet wanneer ze het beste werkten of welke doseringsschema's we moesten gebruiken, " zei Sita. "Als zodanig, preklinische proeven waren niet zo succesvol als ze hadden kunnen zijn."

In de huidige studie, de wetenschappers toonden aan dat door een soort niet-invasieve beeldvorming op de muizen te gebruiken, ze konden in realtime meten hoe de nanodeeltjes de niveaus van een intratumoraal doeleiwit beïnvloedden.

"Nu kunnen we deze deeltjes aanpassen - spelen met de vorm van het nanodeeltje, of hoeveel RNA we op het deeltje laden, bijvoorbeeld - en dan heel snel beoordelen of die veranderingen effectiever zijn of niet, " legde Sita uit. "Het is een platform om de medicijnen bij muizen te optimaliseren voordat ze naar menselijke proeven gaan, en iets maken dat beter zal vertalen naar de kliniek."

Hoewel de methode generaliseerbaar zou kunnen zijn voor het onderzoeken van nanotherapeutica voor vele soorten kanker, de studie heeft ook klinische implicaties die uniek zijn voor glioblastoma.

De wetenschappers ontwikkelden nanodeeltjes om O6-methylguanine-DNA-methyltransferase (MGMT) - een eiwit dat de impact van chemotherapie vermindert - bij muizen met glioblastoom af te breken. Via het beeldvormingsplatform, ze ontdekten dat muizen 24 tot 48 uur na ontvangst van de nanodeeltjes de laagste niveaus van het eiwit hadden, suggereert het optimale moment om chemotherapie toe te dienen.

"We toonden een zeer significante vermindering van het tumorvolume toen we deze deeltjes combineerden met de chemotherapie, "Zei Sita. "Door dit gen dat resistentie tegen de chemotherapie veroorzaakt, het zwijgen op te leggen, we kunnen een veel diepgaander antwoord hebben. Dat is de belangrijkste klinische invalshoek."