(Phys.org) - Onderzoekers van de Universiteit van Florida hebben een "DNA-nanotrein" ontwikkeld die zijn lading kankerbestrijdende medicijnen en bioimaging-middelen snel naar tumorcellen diep in het lichaam brengt. Het vermogen van de nanotrain om op kosteneffectieve wijze hoge doses medicijnen toe te dienen aan nauwkeurig gerichte kankers en andere medische aandoeningen zonder giftige nano-rommel achter te laten, is de ongrijpbare heilige graal voor wetenschappers die de piepkleine wereld van DNA-nanotechnologie bestuderen.

DNA-nanotechnologie is veelbelovend als een nieuwe manier om chemotherapie rechtstreeks aan kankercellen te leveren, maar tot nu toe, wetenschappers zijn er niet in geslaagd om nanotherapieën aan te sturen om kankercellen consistent te onderscheiden van gezonde. Andere beperkende factoren zijn hoge kosten, te kleine hoeveelheden toegediende medicijnen en mogelijke toxische bijwerkingen.

"De meeste nanotechnologie is gebaseerd op een benadering van nanodeeltjes, en de deeltjes zijn gemaakt van anorganische materialen; nadat ze zijn gebruikt als drager voor het medicijn, ze zullen in het lichaam achterblijven, " zei de hoofdonderzoeker van de studie, Weihong Tan, een UF onderscheiden hoogleraar scheikunde, hoogleraar fysiologie en functionele genomica, en lid van het UF Shands Cancer Center en het UF Genetics Institute. "Vergeleken met bestaande nanostructuren, onze nanotrain is makkelijker en goedkoper te maken, is zeer specifiek voor kankercellen, heeft veel vermogen om medicijnen te laden en is zeer biocompatibel."

Beschreven in het huidige nummer van de Proceedings van de National Academy of Sciences , Tan's DNA-nanotrein is een driedimensionale structuur die bestaat uit korte DNA-strengen die aan elkaar zijn vastgemaakt tot één lange trein. Aan het einde van de nanotrain zit een aptamer, een klein stukje nucleïnezuur dat dienst doet als de "locomotief" van de trein op de biochemische automatische piloot om zich in te nestelen en zich te binden aan specifieke kankercellen. Achteraan zijn vastgebonden DNA-structuren die dienen als zij aan zij, hoge capaciteit "box auto's, " het vervoeren van bio-imaging-agentia of drugsladingen naar hun doelen.

"Het mooie van de nanotrain is dat je door verschillende ziektebiomarkers te gebruiken verschillende soorten DNA-sondes kunt koppelen als de 'locomotief' van de trein om verschillende soorten kankers te herkennen en te bestrijden. Tan zei. "We hebben ons precies gericht op leukemie, long- en leverkankercellen, en omdat de DNA-probes zijn
zo nauwkeurig in het richten op alleen specifieke soorten kankercellen, we hebben een dramatische vermindering van de toxiciteit van geneesmiddelen gezien in vergelijking met standaardchemotherapieën, die niet goed onderscheid maken tussen kankercellen en gezonde cellen."

Tan en zijn collega's melden dat de DNA-nanotreinen kosteneffectief kunnen worden gemaakt door stukjes DNA in een vloeibaar medium te mengen. Het mengsel wordt vervolgens blootgesteld aan een verbinding die de stukjes DNA stimuleert om elkaar op te zoeken en zichzelf samen te voegen tot de DNA-nanotreinen. Het type kankercel dat de DNA-nanotrein zal opzoeken en vernietigen, wordt bepaald door de specifieke verbinding die als trigger aan het mengsel wordt toegevoegd.

De studie toonde in vitro en bij muizen aan dat de DNA-nanotreinen zich uitsluitend richten op de kankercellen waarvoor hun sondes waren geprogrammeerd. De DNA-sondes gaan rechtstreeks naar de kankercellen, waardoor de nanotrains op de celmembranen aanmeren en toegang krijgen tot de cellen. Eenmaal binnen, de drugsladingen verspreiden zich, het doden van de kankercellen, een proces dat Tan en zijn team in realtime volgden door de hoeveelheid uitgestraald fluorescerend licht te meten. De biologisch afbreekbare componenten van de DNA-nanotreinen vervallen met de dode kankercellen en worden verwijderd door de normale huishoudelijke mechanismen van het lichaam.

"Onze studie wees uit dat wanneer geladen met geneesmiddelen tegen kanker, deze nanotrains remden de tumorgroei bij muizen meer dan bij degenen die medicijnen kregen die vrij in de bloedbaan werden geïnjecteerd. Wat nog spannender is, is dat de muizen die met deze nanotrains werden behandeld, dramatisch minder bijwerkingen hadden dan die behandeld met gratis medicijnen. " zei Guizhi Zhu, een UF-promovendus die een belangrijke rol speelde in het onderzoek. "Dit is wat we willen bereiken voor de toekomstige klinische gezondheidszorg van kankerpatiënten."

Naast een langere overleving en geremde tumorgroei, de muizen die werden behandeld met nanotrain-medicijnafgifte, ondervonden minder gewichtsverlies en zijn fysiek in betere conditie dan zowel de muizen die geïnjecteerde therapie kregen als de muizencontrolegroep die geen behandeling kregen. Tan en zijn team schrijven deze verbeterde resultaten toe aan sterk verminderde toxiciteit die wordt bereikt door de gerichte toediening van nanotrain-medicijnen.

"We denken dat we hebben aangetoond dat deze DNA-nanotreinen een veelbelovend, gericht medicijntransportplatform zijn voor de levering van chemotherapeutica tegen kanker met een zeer lage toxiciteit aan gezonde weefsels, en dat het platform een ​​brede toepassing heeft voor veel verschillende soorten kanker, ' zei Tan. 'Vooruitgaand, we werken aan het identificeren van een optimale dosering met behulp van muismodellen voor T-celleukemie, long- en leverkanker en triple-negatieve borstkanker.

"Het is erg spannend, maar we hebben nog een lange weg te gaan voor menselijke proeven, " hij zei.