Traditioneel genomisch, proteomische en andere screeningmethoden die momenteel worden gebruikt om medicijnmechanismen te karakteriseren, zijn tijdrovend en vereisen speciale apparatuur, maar nu bieden onderzoekers onder leiding van chemicus Vincent Rotello van de Universiteit van Massachusetts Amherst een meerkanaalssensormethode aan met behulp van gouden nanodeeltjes die verschillende antikankergeneesmiddelen en hun mechanismen binnen enkele minuten nauwkeurig kunnen profileren.

Zoals Rotello en zijn promovendus Le Ngoc, een van de hoofdauteurs, leg uit, om een ​​nieuw medicijn voor een ziekte te ontdekken, onderzoekers moeten miljarden verbindingen screenen, wat maanden kan duren. Een van de toegevoegde sleutels om een ​​nieuw medicijn op de markt te brengen, zij voegen toe, is om te identificeren hoe het werkt, zijn chemisch mechanisme. "Snelle bepaling van het medicijnmechanisme zou het proces van medicijnontdekking enorm stroomlijnen, het openen van de pijplijn van nieuwe therapieën, ' zegt Ngoc.

Zij voegt toe, "Medicijnen met verschillende mechanismen veroorzaken veranderingen in het oppervlak van cellen die kunnen worden uitgelezen met behulp van het nieuwe sensorsysteem. We ontdekten dat elk medicijnmechanisme een uniek patroon genereerde, en we gebruikten deze verschillen in celoppervlak om snel verschillende medicijnmechanismen te profileren." Details van dit werk verschijnen in de huidige uitgave van Natuur Nanotechnologie .

Om drugsscreening te versnellen, het onderzoeksteam, die naast de chemici een UMass Amherst-cognitief wetenschapper en een materiaalwetenschapper van het Imperial College omvat, Londen, ontwikkelde een nieuwe, op handtekeningen gebaseerde benadering met behulp van een gouden nanodeeltjessensorsysteem en drie verschillend gelabelde eiwitten op kleur:blauw, groen en rood. Het gebruik van een geconstrueerd nanodeeltje en drie fluorescerende eiwitten biedt "een driekanaalssensor die kan worden getraind om subtiele veranderingen in celoppervlakte-eigenschappen te detecteren, ’ merken de auteurs op.

Door geneesmiddelen geïnduceerde veranderingen aan het celoppervlak zorgen ervoor dat verschillende sets fluorescerende eiwitten samen worden ingeschakeld, het aanbieden van patronen die specifieke celdoodmechanismen identificeren. De nieuwe nanosensor is generaliseerbaar naar verschillende celtypen en vereist geen verwerkingsstappen voor analyse. Dus, het biedt een eenvoudige, effectieve manier om onderzoek naar het ontdekken van geneesmiddelen te versnellen, toxicologie en celgebaseerde detectie, voegen de onderzoekers toe.

Er bestaat tegenwoordig een aantal op handtekeningen gebaseerde drugsscreening met behulp van traditionele biomarkers, maar het vereist meerstaps celverwerking en speciale apparatuur, het nut ervan beperken, wijzen de auteurs erop. Met hun driekanaals, gouden nanodeeltjessensorplatform, Rotello en collega's lossen die uitdagingen op en verbeteren de nauwkeurigheid. Verder, ze zeggen, "de informatierijke output maakt de bepaling van een chemotherapeutisch mechanisme mogelijk uit een enkele meting, veel sneller antwoorden (in minuten) dan de huidige methoden, met behulp van standaard laboratoriuminstrumentatie."

Deze uitvinding kan een aanzienlijke potentiële impact hebben op de pijplijn voor het ontdekken van geneesmiddelen, zegt Ngoc. "De sensor is niet alleen in staat om mechanismen voor individuele medicijnen te profileren, maar ook om de mechanismen van medicijnmengsels te bepalen, dat is, drug 'cocktails' die een opkomend hulpmiddel zijn met veel therapieën, " zij voegt toe.

Rotello benadrukt, "Hoewel we behoorlijke kennis hebben van individuele medicijnen, we moeten nog veel leren over de mechanismen van combinatietherapieën. Naast het screenen van medicijnen, de eenvoud en snelheid van deze ontsluitende technologie belooft de zoektocht naar effectieve kankerbehandelingen aanzienlijk te versnellen, en biedt een stap voorwaarts op gebieden als toxicologie, waar de veiligheid van duizenden niet-gecategoriseerde chemicaliën moet worden beoordeeld.

De onderzoekers wijzen erop dat hun nieuwe sensorsysteem "een mogelijke weg vooruit biedt voor toxicologie, het verstrekken van een haalbare methode om de tienduizenden commerciële chemicaliën te classificeren waarvoor geen gegevens beschikbaar zijn."