Clinici hebben tegenwoordig een arsenaal van meer dan 200 medicijnen tot hun beschikking voor de behandeling van een reeks kankers - alleen al tussen 2011 en 2016 werden 68 medicijnen goedgekeurd. Maar veel chemotherapeutische middelen vormen een hardnekkige uitdaging:ze veroorzaken ernstige bijwerkingen omdat ze naast kankercellen ook gezonde cellen doden; sommige vormen van kanker ontwikkelen resistentie tegen medicijnen; en veel van dergelijke chemotherapieën, slecht oplosbaar in water, lage biologische beschikbaarheid aantonen, resulterend in suboptimale medicijnafgifte aan kankercellen.

Een mogelijke oplossing ligt in de synergetische combinatie van een chemotherapeutisch medicijn met gemanipuleerd genetisch materiaal dat is ontworpen om de kwaadaardige genen te neutraliseren die resistentie tegen dat medicijn verlenen, onder andere functies.

Hoewel er talloze voorbeelden zijn van synthetische voertuigen voor het afleveren van twee genen en medicijnen, nieuwe hybride materialen die in het laboratorium van de NYU Tandon School of Engineering zijn ontwikkeld, maken gebruik van gemakkelijk aanpasbare eiwitten om een ​​chemische een-tweetje te leveren:ze combineren een lipide "container" voor transfectie - het transport van lading langs een celmembraan - en een gemakkelijk om een ​​eiwitcapsule te maken die zowel kleine chemotherapeutische moleculen als nucleïnezuren kan binden.

Ontwikkeld door een team onder leiding van NYU Tandon Associate Professor of Chemical and Biomolecular Engineering Jin Kim Montclare - die ook dienst doet als Affiliate Professor of Chemistry aan NYU's College of Arts and Sciences, en een aangesloten hoogleraar biomaterialen aan het NYU College of Dentistry, en tevens verbonden aan SUNY Downstate als hoogleraar biochemie - het hybride lipide-eiwitmateriaal, een lipoproteoplex genoemd, omvat zowel een opgerold supercharged eiwitmacromolecuul als een in de handel verkrijgbaar transfectiemiddel genaamd Lipofectamine 2000.

Omdat de onderzoekers het eiwitmacromolecuul ontwikkelden met uitgebreide positieve ladingen op het oppervlak en een hydrofobe kern, het kan gemakkelijk worden versierd met negatief geladen kort interfererend RNA (siRNA) - een krachtig hulpmiddel voor het onderdrukken van genen die resistentie tegen geneesmiddelen oproepen en ziektetoestanden verspreiden - terwijl het ook dient als een efficiënt, en toxiciteit verminderend, carryall voor het hydrofobe chemotherapeutische middel doxorubicine.

In onderzoek gepubliceerd in Biomacromoleculen , een tijdschrift van de American Chemical Society, het team beschrijft hoe de lipoproteoplex die werd blootgesteld aan monsters van de MCF-7-borstkankercellijn meer doxorubicine aan de doelcellen afleverde dan Lipofectamine 2000 alleen, resulterend in een aanzienlijke afname van de levensvatbaarheid van MCF-7-cellen. Ze toonden ook aan dat het hybride macromolecuul zeer succesvol was bij siRNA-transfectie, het gen met 60 procent tot zwijgen brengen.

Montclare zei dat een belangrijk voordeel van de nieuwe lipoproteoplex het gemak van modificatie is, een aanwinst voor onderzoekers die cellen bestuderen waarvan het genetisch aangeroepen gedrag in de loop van de tijd verandert en verschilt per cellijn en patiënt. Eerder als een systeem van mix-and-match componenten, de lipoproteoplex stelt onderzoekers in staat om een ​​supercharged eiwit- of lipidecomponent en een willekeurig aantal siRNA uit te wisselen om een ​​specifieke cellijn en type medicijn aan te pakken.

"In tegenstelling tot andere bezigheden bij het produceren van dubbele gen- en medicijnafgiftesystemen, deze benadering vereist geen vervelende chemische syntheseprocedures; in plaats daarvan kunnen we elke variant van het supercharged eiwit biosynthetiseren, " zei ze. "Dit maakt het mogelijk om verschillende siRNA-moleculen en chemotherapeutische medicijnen te vervangen om aan de laboratoriumbehoeften te voldoen."

In recent werk aan op eiwit gebaseerde hybride materialen, Montclare en haar medewerkers combineerden een ontwikkeld supercharged eiwit met het transfectiereagens Fugene. De combinatie vertoonde een achtvoudige verbetering in transfectie-efficiëntie van DNA vergeleken met Fugene alleen, met verwaarloosbare cytotoxiciteit.

Montclare onderzoekt de mechanismen die ervoor zorgen dat deze lipoproteoplexen effectief genen en medicijnen over verschillende cellijnen kunnen afleveren.