RIKEN-onderzoekers hebben een veelbelovende methode ontwikkeld om een ​​medicijn aan kankercellen af ​​te geven zonder de omliggende weefsels aan te tasten. met een slimme combinatie van een kunstmatig metallo-enzym dat een metaalkatalysator beschermt, en een suikerketen die het metallo-enzym naar de gewenste cellen leidt.

Op het gebied van organische synthetische chemie, veel metaalkatalysatoren zijn ontwikkeld met het vermogen om moleculen zoals medicijnen en functionele materialen te synthetiseren. Onlangs, onderzoekers zijn zich gaan concentreren op chemische reacties in levende lichamen die worden gekatalyseerd door overgangsmetalen — elementen die behoren tot de groepen drie tot en met elf op het periodiek systeem. Echter, ze zijn in de problemen gekomen:katalysatoren van overgangsmetalen zijn gemakkelijk te blussen - wat betekent dat ze worden geïnactiveerd door stoffen zoals antioxidanten - dus het was moeilijk om ze chemische reacties in werkelijke organismen te laten uitvoeren.

Het internationale onderzoeksteam, waaronder hoofdwetenschapper Katsunori Tanaka van het RIKEN Cluster for Pioneering Research en RIKEN Baton Zone Program en Special Postdoctoral Researcher Kenward Vong, heeft een kunstmatig metallo-enzym ontwikkeld dat een metaalion bevat en kan voorkomen dat het ion wordt uitgeblust. waardoor de chemische reactie in vivo kan plaatsvinden. Het metaalion was in dit geval ruthenium, die een "pro-drug" katalyseert in umbelliprenine, een van planten afgeleide verbinding waarvan bekend is dat ze antikankeractiviteit heeft. Verder, door een "afleverlabel" voor suiker aan het oppervlak van het kunstmatige metallo-enzym te bevestigen, ze waren in staat om het specifiek te richten op kankercellen waar het medicijn nodig was.

Om het werk uit te voeren, de groep werkte met een eiwit genaamd humaan serumalbumine, die overvloedig aanwezig is in het menselijk lichaam. De onderzoekers brachten een rutheniumkatalysator in de hydrofobe "zak" in het eiwit. Ze ontdekten dat in vitro, het ruthenium was in staat om chemische reacties uit te voeren. "We waren aangenaam verrast dat ons nieuw ontwikkelde metallo-enzym goed werkte in de aanwezigheid van glutathion, een antioxidant die overvloedig aanwezig is in werkelijke cellen en ruthenium kan inactiveren. Dit vertelde ons dat de rutheniumkatalysator goed beschermd is tegen hydrofiele componenten zoals glutathion in de hydrofobe pocket van het albuminemolecuul, terwijl hydrofobe verbindingen in contact kunnen komen met de katalysator in de zak en katalyse ondergaan, " zegt Tanaka, die de groep leidde.

Na te hebben vastgesteld dat de katalyse zou werken, de onderzoekers veranderden het oppervlak van het albumine, suikerketens vastmaken waardoor het naar specifieke cellen van belang kon worden getransporteerd. Doelcellen worden herkend aan het patroon van suikerketens. Dit doen, ze hebben met succes de katalysator aan kankercellen afgeleverd, en gebruikte het om umbelliprenine te produceren, waarvan ze vaststelden dat het cytotoxische effecten had op de kankercellen.

"We hebben bevestigd dat de methode die we hebben ontwikkeld kan worden toegepast op door metaal gekatalyseerde reacties met behulp van andere katalysatoren zoals goud, en het kunstmatige metallo-enzym zou over het algemeen in vivo kunnen worden gebruikt, " voegt Tanaka toe. "Als katalyse van overgangsmetalen kan worden uitgevoerd op specifieke organen of zieke cellen in het lichaam, het zal ons in staat stellen om daar snel en stabiel medicijnen te synthetiseren, bijwerkingen minimaliseren. Onze bevindingen zouden een sleutel kunnen worden in de strijd tegen dergelijke ziekten. Verder, we kunnen overwegen om andere natuurlijke verbindingen te gebruiken, die een sterke antikankeractiviteit vertonen, maar tot dusver niet zijn gebruikt. We hebben een deur geopend naar een nieuw tijdperk waarin we natuurlijke chemische verbindingen in echte organismen kunnen synthetiseren en activeren."

Het onderzoek wordt gerapporteerd in Natuur Katalyse .