(Phys.org) - Met behulp van een eenvoudige "drag-and-drop" computerinterface en DNA-zelfassemblagetechnieken, onderzoekers hebben een nieuwe benadering ontwikkeld voor de ontwikkeling van geneesmiddelen die de tijd die nodig is om medicijnen te maken en te testen drastisch kan verminderen.

In werk ondersteund door een National Science Foundation (NSF) Small Business Innovation Research-beurs, onderzoekers van Parabon NanoLabs van Reston, va., onlangs ontwikkeld en begonnen met het evalueren van een medicijn voor de bestrijding van de dodelijke hersenkanker glioblastoma multiforme.

Nutsvoorzieningen, met de steun van een NSF Technology Enhancement for Commercial Partnerships (TECP) subsidie, Parabon werkt samen met Janssen Research &Development, LLC, onderdeel van de Janssen Pharmaceutical Companies van Johnson &Johnson, om de technologie te gebruiken om de werkzaamheid van een nieuw prostaatkankermedicijn te creëren en te testen.

"We kunnen nu 'printen, ' molecuul voor molecuul, precies de verbinding die we willen, " zegt Steven Armentrout, de hoofdonderzoeker van de NSF-subsidies en mede-ontwikkelaar van de technologie van Parabon. "Wat onze nanotechnologie onderscheidt van andere, is ons vermogen om snel, en precies, specificeer de plaatsing van elk atoom in een verbinding die we ontwerpen."

De nieuwe technologie heet het Parabon Essemblix Drug Development Platform, en het combineert hun computer-aided design (CAD)-software genaamd inSçquio met fabricagetechnologie op nanoschaal.

Binnen inSçquio werken wetenschappers aan het ontwerpen van moleculaire stukken met specifieke, functionele componenten. De software optimaliseert vervolgens het ontwerp met behulp van het Parabon Computation Grid, een cloud-supercomputerplatform dat eigen algoritmen gebruikt om te zoeken naar sets van DNA-sequenties die deze componenten zelf kunnen assembleren.

"Bij het ontwerpen van een therapeutische verbinding, we combineren kennis van de celreceptoren waarop we ons richten of biologische paden die we proberen te beïnvloeden met een begrip van de verbindende chemie die definieert wat mogelijk is om te assembleren, " zegt Hong Zhong, senior onderzoeker bij Parabon en een medewerker van de subsidies. "Het is een weloverwogen en methodisch engineeringproces, wat heel anders is dan de meeste andere benaderingen voor de ontwikkeling van geneesmiddelen die tegenwoordig worden gebruikt."

Met de resulterende sequenties, de wetenschappers synthetiseren chemisch biljoenen identieke kopieën van de ontworpen moleculen. Het proces, van concept tot productie, kan in weken worden uitgevoerd, of zelfs dagen - veel sneller dan traditionele technieken voor het ontdekken van geneesmiddelen die gebaseerd zijn op vallen en opstaan ​​​​voor het screenen van potentieel bruikbare verbindingen.

In vivo-experimenten, gefinancierd door de NSF SBIR-prijs, de aanpak gevalideerd, en Parabon dienden op 4 mei een voorlopig octrooi in voor zijn methoden en verbindingen, 2011. De definitieve aanvraag werd in 2012 gepubliceerd.

Het proces is kenmerkend voor rationeel medicijnontwerp, een poging om farmaceutische producten te maken op basis van kennis van hoe bepaalde moleculaire stukjes zullen samenwerken in een biologisch systeem. Bijvoorbeeld, sommige moleculen zijn goed in het vinden van kankercellen, terwijl anderen goed zijn in het vasthouden aan kankercellen, terwijl weer anderen in staat zijn cellen te doden. Samenwerkend als onderdeel van een groter molecuul, deze stukken zouden effectief kunnen zijn als kankerbehandeling.

Hoewel er andere methoden zijn om verbindingen met meerdere componenten te maken, ze nemen over het algemeen meer tijd in beslag, en, meest belangrijk, de meeste van hen missen de precieze controle over de grootte, lading en de relatieve plaatsing van componenten mogelijk gemaakt door de nieuwe technologie. De recente TECP-subsidie ​​vormde een aanvulling op Parabon ter ondersteuning van verder onderzoek dat de nieuwe technologieën zal helpen om aan de marktvraag te voldoen.

TECP-subsidies zijn een mechanisme dat beschikbaar is voor NSF Fase II SBIR/STTR-begunstigden, helpen hun commerciële succes te verbeteren door hen in staat te stellen partnerschappen op te bouwen met grotere bedrijven en investeerders. Die partners hebben over het algemeen nieuwe producten nodig die voldoen aan vastgestelde specificaties en normen, en aanvullende TECP-prijzen voorzien in financiering voor het onderzoek dat nodig is om aan die parameters te voldoen. Net als bij Parabon en Janssen, de bedrijven die samenwerken met TECP-begunstigden leveren input die de technologische ontwikkeling verder helpt sturen.

"Partnerschappen worden erkend als een kritische succesfactor voor kleine bedrijven die technologie commercialiseren, " zegt Ruth Shuman, de NSF-programmadirecteur die toezicht houdt op de NSF TECP-inspanning. "Echter, potentiële partners vragen vaak om technische specificaties en hebben proof-of-concept-gegevens nodig als voorwaarde voor partnerschap, eisen die buiten het bereik van de oorspronkelijke doelstellingen van kleine bedrijven vallen. Deze aanvullende financiering stelt kleine bedrijven in staat aanvullend onderzoek te doen om te voldoen aan de eisen van een zakelijke partner, mogelijk leidend tot commerciële producten en diensten, en een succesvolle samenwerking."

De onderzoekers van Parabon en Janssen zijn van plan met hun nieuwe prostaatkankermedicijn verschillende bestaande obstakels voor de behandeling van kanker te overwinnen. Het medicijnontwerp combineert een toxine met een chemische stof die kankercellen vatbaar maakt voor dat toxine. Aanvullend, het medicijn bevat componenten die de levering aan kankercellen verbeteren en gezond weefsel vermijden, en chemische markers waarmee onderzoekers de aankomst van het medicijn bij tumoren kunnen volgen. Voor de nieuwe verbinding totale ontwerptijd plus synthesetijd zal een kwestie van weken zijn.

"Momenteel, de meeste medicijnen worden ontwikkeld met behulp van een screeningtechniek waarbij je veel kandidaat-verbindingen tegen doelwitten uitprobeert om te 'zien wat plakt', " zegt Armentrout. "In plaats daarvan, we ontwerpen zeer specifieke medicijnen op basis van hun moleculaire structuur, met doelmoleculen die binden aan receptoren op specifieke soorten kankercellen. In plug-and-play-mode, we kunnen elk van de functionele componenten omwisselen of verwisselen, indien nodig, voor een reeks behandelmethoden."

gelijktijdig, Parabon ontwikkelt andere toepassingen voor de technologie, inclusief synthetische vaccins voor biologische afweer en gentherapieën die ziekten kunnen bestrijden, gebaseerd op informatie uit het genoom van een individu. De technologie heeft ook toepassingen buiten de geneeskunde, en de mede-oprichters van Parabon, Chris Dwyer en Michael Norton, bouwen voort op het oorspronkelijke door NSF ondersteunde werk om processen te ontwikkelen om logische poorten op nanoschaal te creëren, apparaten die essentieel zijn voor computers, en moleculaire nanosensoren.