Onderzoekers van de Oregon State University en de Oregon Health &Science University hebben nieuwe nanomaterialen gemaakt die celmembranen kunnen passeren, oprichting van een nieuw platform voor de intracellulaire levering van moleculaire geneesmiddelen en andere lading.

De onderzoekers onderzochten hoe ze de grootte konden afstemmen, vorm en morfologie van materialen bekend als celpenetrerende zelfassemblerende peptidenanomaterialen, of CSPN's.

Ze gebruikten sequentiële ligatie van peptidebouwstenen om CSPN's te maken die verschillende vormen vormden die op een boor leken, en deze "nanodrills" vertoonden een sterk vermogen om gastmoleculen in te kapselen voor therapie of beeldvorming.

Bevindingen werden gepubliceerd in de Tijdschrift voor gecontroleerde afgifte , en er is een voorlopige octrooiaanvraag ingediend bij het U.S. Patent and Trademark Office.

"CSPN's vertegenwoordigen een nieuw modulair medicijnafgifteplatform dat kan worden geprogrammeerd in prachtige structuren door sequentiespecifieke fijnafstemming van aminozuren, " zei de corresponderende auteur Gaurav Sahay, assistent-professor farmaceutische wetenschappen aan het OSU/OHSU College of Pharmacy. "De fijnafstemming van aminozuren verleende veelzijdige eigenschappen zoals flexibiliteit, zelfmontage, hogere medicijnbelasting, biologische afbreekbaarheid en biocompatibiliteit voor effectieve intracellulaire levering van CSPN's."

Het Sahay lab-team en medewerkers, waaronder onderzoekers van de OHSU School of Medicine en de University of California San Diego, genereerde vijf verschillende CSPN's, het conjugeren van Tat-peptiden aan een (RADA)2-linker en het toevoegen van verschillende aantallen fenylalanineresiduen.

"We kozen voor (RADA)2 omdat het afwisselende aminozuren bevat die water afstoten en met water vermengen; dat gaf de eigenschap van zelfassemblage, " zei eerste auteur Ashwani Narayana, postdoctoraal onderzoeker aan het College of Pharmacy. "We hebben de overgang van secundaire structuur in deze CSPN's gedemonstreerd, die op hun beurt een cruciale rol speelden bij de zelfassemblage en het potentieel voor medicijnafgifte. De in-vivo werkzaamheid van deze nanodrills zal de grenzen verleggen voorbij intracellulaire levering."

CSPN's met twee, drie of vier fenylalanineresiduen die zelf zijn geassembleerd tot nanodrills die een grof gedraaide, niet-gedraaide of fijn-gedraaide morfologie, respectievelijk.

"Deze nanodrills hadden een hoge capaciteit om hydrofobe gastmoleculen in te kapselen, " Zei Narayana. "Vooral de grof-gedraaide nanodrills vertoonden een hogere internalisatie en waren in staat om rapamycine in de lever te lokaliseren in een muismodel."

Rapamycine is een antischimmelmetaboliet van de Streptomyces hygroscopicus-bacterie en een van zijn vele eigenschappen is het vermogen om autofagie te induceren - de gereguleerde, ordelijke afbraak en recycling van cellulaire componenten.

"Defecten in autofagie leiden tot accumulatie van giftige stoffen in verschillende ziektetoestanden, variërend van infectieziekten tot neurodegeneratieve aandoeningen, " zei Sahay. "Deze modulaire CSPN's zouden een nieuw platform kunnen zijn voor het afleveren van moleculen over biologische barrières waarvan men denkt dat ze ondoordringbaar zijn. En minieme veranderingen kunnen zelfassemblage leiden tot talloze gedefinieerde nanostructuren, waardoor ze ideale gastheren zijn voor een reeks verschillende moleculen."