Onderzoekers van de Universiteit van Birmingham hebben een nieuwe benadering ontwikkeld voor de behandeling van kankers en andere ziekten waarbij een mechanisch gekoppeld molecuul als een 'magische kogel' wordt gebruikt.

Rotaxanen genoemd, de moleculen zijn kleine structuren op nanoschaal die lijken op een halter met een ring rond de centrale paal. Wetenschappers hebben geëxperimenteerd met rotaxanen op basis van dunne, draadachtige centrale posten voor een aantal jaren, maar dit nieuwe ontwerp gebruikt in plaats daarvan een veel grotere cilindrische supramoleculaire 'helicate' molecule - ongeveer 2 nm lang en 1 nm breed - die een opmerkelijk vermogen hebben om Y-vormige verbindingen of vorken in DNA en RNA te binden.

Deze vorken worden gemaakt wanneer DNA repliceert en, bij laboratoriumtesten, de Birmingham-onderzoekers hebben aangetoond dat, wanneer ze aan de kruispunten binden, de cilindermoleculen kunnen kankercellen stoppen, bacteriën en virussen zich niet voortplanten.

Om controle over die binding te krijgen, het team van de Schools of Chemistry and Biosciences van de universiteit, samengewerkt met onderzoekers in Wuhan, in China, en Marseille, In Frankrijk, om de uitdaging op te lossen om een ​​ringstructuur te identificeren die groot genoeg is om rond dit centrale cilindermolecuul te passen. Ze hebben nu aangetoond dat een gigantische pompoenvormige molecule, genaamd een cucurbit [10]uril) is in staat om de cilinder te hosten. Als de ring aanwezig is, het rotaxaanmolecuul kan niet binden.

Om te voorkomen dat de cilinder uit de pompoenvormige ring glijdt, de onderzoekers voegden takken toe aan elk uiteinde van de cilinder. Ze toonden aan dat de cilinder dan mechanisch in de ring wordt vergrendeld en dat ze dit kunnen gebruiken om de manier te regelen waarop de supramoleculaire cilinder interageert met RNA en DNA.

De resultaten, gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society , laten niet alleen zien hoe deze complexe moleculen eenvoudig en efficiënt kunnen worden geproduceerd, maar ook hoe het aantal takken kan worden gebruikt om de snelheid te regelen waarmee de cilinder uit de pompoenvormige ring kan ontsnappen - van snel tot helemaal niet. Dit maakt temporele controle van de vorkherkenning en dus de biologische activiteit mogelijk.

Hoofd onderzoeker, Professor Mike Hannon, legt uit:"Dit is een echt veelbelovende nieuwe aanpak die robuuste en bewezen chemie op een geheel nieuwe manier gebruikt die potentieel heeft voor gerichte behandeling van kankers en andere ziekten.

"Onze benadering is heel anders dan die van toonaangevende kankergeneesmiddelen die gewoonlijk alle cellen in het lichaam aantasten, niet alleen de kankercellen. Het rotaxaanmolecuul houdt de belofte in dat, door het naar wens aan en uit te zetten, het kan kankercellen specifiek richten en remmen met een hoge mate van nauwkeurigheid."

University of Birmingham Enterprise heeft een octrooiaanvraag ingediend voor de structuur en het ontwerp van deze nieuwe rotaxanen, en het team is al begonnen met het verkennen van verschillende toepassingen voor de aanpak.