Een internationaal team van onderzoekers van de Universiteit van Rome Tor Vergata en de Universiteit van Montreal heeft gemeld, in een krant die deze week in Natuurcommunicatie , het ontwerp en de synthese van een moleculaire katapult op nanoschaal gemaakt van DNA van 20, 000 keer kleiner dan een mensenhaar. Deze moleculaire katapult zou medicijnen kunnen "schieten" en afleveren op precieze locaties in het menselijk lichaam, eenmaal geactiveerd door specifieke ziektemarkers.

De moleculaire katapult is slechts enkele nanometers lang en is samengesteld uit een synthetische DNA-streng die een medicijn kan laden en vervolgens effectief kan fungeren als de rubberen band van de katapult. De twee uiteinden van dit DNA-"elastiekje" bevatten twee verankerende delen die specifiek aan een doelantilichaam kunnen kleven, een Y-vormig eiwit dat door het lichaam tot expressie wordt gebracht als reactie op verschillende pathogenen zoals bacteriën en virussen. Wanneer de verankerende delen van de katapult de armen van het doelantilichaam herkennen en eraan binden, wordt het DNA-"elastiekje" uitgerekt en wordt het geladen medicijn afgegeven.

"Een indrukwekkend kenmerk van deze moleculaire katapult, " zegt Francesco Ricci, Universitair hoofddocent scheikunde aan de Universiteit van Rome Tor Vergata, "is dat het alleen kan worden geactiveerd door het specifieke antilichaam dat de verankeringstags van het DNA-'elastiekje' herkent. Door deze tags eenvoudig te veranderen, men kan dus de katapult programmeren om een ​​medicijn af te geven als reactie op een verscheidenheid aan specifieke antilichamen. Omdat verschillende antilichamen markers zijn van verschillende ziekten, dit zou een heel specifiek wapen kunnen worden in de handen van de clinicus."

"Een andere geweldige eigenschap van onze katapult, " voegt Alexis Vallée-Bélisle toe, Universitair docent bij de afdeling Scheikunde aan de Universiteit van Montreal, "is zijn grote veelzijdigheid. Bijvoorbeeld, tot nu toe hebben we het werkingsprincipe van de katapult aangetoond met behulp van drie verschillende trigger-antilichamen, waaronder een hiv-antilichaam, en het gebruik van nucleïnezuren als modelgeneesmiddelen. Maar dankzij de hoge programmeerbaarheid van DNA-chemie, men kan nu de DNA-katapult ontwerpen om een ​​breed scala aan threrapeutische moleculen te 'schieten'."

"Het ontwerpen van deze moleculaire katapult was een grote uitdaging, " zegt Simona Ranallo, een postdoctoraal onderzoeker in Ricci's team en hoofdauteur van de nieuwe studie. "Het vergde een lange reeks experimenten om het optimale ontwerp te vinden, die het medicijn in een 'elastiekje' houdt in afwezigheid van het antilichaam, zonder al te veel invloed te hebben op de schietefficiëntie zodra het antilichaam de katapult activeert."

De groep onderzoekers staat nu te popelen om de katapult aan te passen voor de levering van klinisch relevante medicijnen, en om zijn klinische efficiëntie aan te tonen. "We voorzien dat soortgelijke moleculaire katapulten in de nabije toekomst kunnen worden gebruikt om medicijnen op specifieke locaties in het lichaam af te leveren. Dit zou de efficiëntie van medicijnen drastisch verbeteren en hun toxische secundaire effecten verminderen, ’ besluit Ricci.

De volgende stap in het project is om zich te richten op een specifieke ziekte en medicijn waarvoor de therapeutische katapult kan worden aangepast voor testen op cellen in vitro, voorafgaand aan het testen op muizen.