Geneesmiddelen gemaakt van eiwitten zijn veelbelovend gebleken bij de behandeling van kanker, maar ze zijn moeilijk af te leveren omdat het lichaam eiwitten gewoonlijk afbreekt voordat ze hun bestemming bereiken.

Om dat obstakel te omzeilen, een team van MIT-onderzoekers heeft een nieuw type nanodeeltje ontwikkeld dat op verzoek eiwitten kan synthetiseren. Zodra deze "eiwitfabriek"-deeltjes hun doelen hebben bereikt, de onderzoekers kunnen de eiwitsynthese aanzetten door er ultraviolet licht op te schijnen.

De deeltjes kunnen worden gebruikt om kleine eiwitten af ​​te leveren die kankercellen doden, en uiteindelijk grotere eiwitten zoals antilichamen die het immuunsysteem aanzetten om tumoren te vernietigen, zegt Avi Schroeder, een postdoc in het David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research van het MIT en hoofdauteur van een paper dat in het tijdschrift verschijnt Nano-letters .

“Dit is het eerste proof-of-concept dat je daadwerkelijk nieuwe verbindingen kunt synthetiseren uit inerte uitgangsmaterialen in het lichaam, ’, zegt Schröder, die in de laboratoria van Robert Langer werkt, MIT's David H. Koch Instituut Professor, en Daniël Anderson, een universitair hoofddocent gezondheidswetenschappen en technologie en chemische technologie.

Langer en Anderson zijn ook auteurs van het artikel, samen met voormalig Koch Institute-postdocs Michael Goldberg, Christian Kastrup en Christopher Levins

De natuur nabootsen

De onderzoekers kwamen op het idee voor eiwitopbouwende deeltjes toen ze probeerden nieuwe manieren te bedenken om uitgezaaide tumoren aan te vallen - tumoren die zich van de oorspronkelijke kankerplaats naar andere delen van het lichaam verspreiden. Dergelijke metastasen veroorzaken 90 procent van de sterfgevallen door kanker.

Ze besloten de eiwitproductiestrategie in de natuur na te bootsen. Cellen slaan hun eiwitopbouwende instructies op in DNA, die vervolgens wordt gekopieerd naar boodschapper-RNA. Dat mRNA eiwitblauwdrukken draagt ​​naar celstructuren die ribosomen worden genoemd, die het mRNA lezen en vertalen in aminozuursequenties. Aminozuren worden aan elkaar geregen om eiwitten te vormen.

“We wilden machines gebruiken die al zeer effectief zijn gebleken. Ribosomen worden in de natuur gebruikt, en ze werden door de natuur gedurende miljarden jaren geperfectioneerd om de beste machine te zijn die eiwitten kan produceren, ', zegt Schröder.

De onderzoekers ontwierpen de nieuwe nanodeeltjes om zichzelf te assembleren uit een mengsel dat lipiden bevat - die de buitenste schillen van de deeltjes vormen - plus een mengsel van ribosomen, aminozuren en de enzymen die nodig zijn voor eiwitsynthese. Ook inbegrepen in het mengsel zijn DNA-sequenties voor de gewenste eiwitten.

Het DNA wordt gevangen door een chemische verbinding genaamd DMNPE, die er reversibel aan bindt. Deze verbinding maakt het DNA vrij bij blootstelling aan ultraviolet licht.

"Je wilt het kunnen activeren, zodat het systeem alleen wordt ingeschakeld als je wilt dat het werkt, ', zegt Schröder. “Als de deeltjes door licht worden geraakt, het DNA komt vrij uit een kooistof en kan dan in de cyclus van het produceren van het eiwit terechtkomen.”

Programmeerbare fabrieken

In dit onderzoek, deeltjes werden geprogrammeerd om ofwel groen fluorescerend eiwit (GFP) of luciferase te produceren, die beide gemakkelijk worden gedetecteerd. Tests bij muizen toonden aan dat de deeltjes met succes werden aangezet om eiwit te produceren wanneer UV-licht erop scheen.

Wachten tot de deeltjes hun bestemming bereiken voordat ze worden geactiveerd, kan bijwerkingen van een bijzonder toxisch medicijn helpen voorkomen. zegt James Heath, een professor in de chemie aan het California Institute of Technology. Echter, er moeten meer tests worden gedaan om aan te tonen dat de deeltjes hun beoogde bestemming bij de mens zouden bereiken, en dat ze kunnen worden gebruikt om therapeutische eiwitten te produceren, hij zegt.

"Er moeten nog veel details worden uitgewerkt om dit een haalbare therapeutische benadering te maken, maar het is echt een geweldig en innovatief concept, en het zet zeker de verbeelding op gang, ’ zegt Heat, die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam.

De onderzoekers werken nu aan deeltjes die potentiële kankermedicijnen kunnen synthetiseren. Sommige van deze eiwitten zijn giftig voor zowel kankercellen als gezonde cellen - maar met deze toedieningsmethode, eiwitproductie kon alleen in de tumor worden aangezet, het vermijden van bijwerkingen in gezonde cellen.

Het team werkt ook aan nieuwe manieren om de nanodeeltjes te activeren. Mogelijke benaderingen zijn onder meer productie veroorzaakt door zuurgraad of andere biologische omstandigheden die specifiek zijn voor bepaalde lichaamsregio's of cellen.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.