Met gerichte medicijn- en gentherapieën, het vinden van de doelcellen is slechts het halve werk. Zodra deze middelen het celoppervlak bereiken, ze moeten nog naar binnen en hun werk doen.

Onderzoekers van de Universiteit van Illinois zeggen dat ze nu weten hoe ze medicijn- en genafgiftevehikels kunnen volgen en in kaart kunnen brengen om te evalueren welke het meest effectief zijn in het infiltreren van cellen en het bereiken van hun doelen. inzicht dat de ontwikkeling van nieuwe farmaceutische middelen zou kunnen leiden. De onderzoekers beschreven hun volgsysteem en hun bevindingen over de meest effectieve bezorgvoertuigen in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Gentherapieën zijn veelbelovend gebleken in celkweek- en dierstudies, maar waren minder effectief in klinische onderzoeken, zei studieleider Andrew Smith, een professor in bio-engineering aan de U. of I. Deze klasse van geneesmiddelen, genaamd biologische, verschillen van traditionele medicijnen doordat ze moeten worden gehecht aan gespecialiseerde toedieningsmiddelen, zoals nanodeeltjes of eiwitten, om hun beoogde cellulaire doelen te bereiken.

Hun gebrek aan werkzaamheid komt voort uit hun moeilijkheid om doelen in cellen te bereiken, en de obstakels die hen belemmeren worden slecht begrepen, zei Smit.

"We hebben echt geweldige modellen die ons vertellen hoe klassieke drugs werken, maar er is geen model dat werkt voor deze nieuwe biologische geneesmiddelen die een extra mechanisme moeten hebben om aan cellen te leveren. Dit is een belangrijk ontbrekend onderdeel van de farmaceutische geneeskunde, Smith zei. "Als we de mechanismen van het probleem niet begrijpen, wij kunnen het niet oplossen. Nu kunnen we vaststellen waarom dat gebeurt en uitzoeken hoe we de belangrijkste knelpunten kunnen overwinnen, wat nooit mogelijk is geweest."

De groep van Smith combineerde twee beeldvormingstools om te volgen en te meten hoe verschillende afgiftemiddelen de kankercellen van mensen en muizen binnendringen. De onderzoekers gebruikten beeldvorming met één molecuul, waardoor ze individuele moleculen in de loop van de tijd kunnen observeren, en kwantumstippen, die fungeren als kleine bakens in cellen. Hierdoor konden de onderzoekers zien, tel en volg alle bezorgers die de cel zijn binnengekomen.

Ze ontdekten dat moleculen die erg geladen zijn, bedreven zijn in het binnendringen van cellen, maar er niet in slagen om hun beoogde doelen eenmaal binnen te bereiken.

"DNA is echt geladen, wat jammer is, want dat is een van de belangrijkste dingen die mensen proberen af ​​te leveren aan cellen, Smith zei. "We zien dat het overal aan blijft plakken en zijn doel niet bereikt."

Echter, moleculen die volledig in balans zijn, een klasse genaamd zwitterions, diffunderen door de cel en kunnen toegang krijgen tot al haar machines.

"Het geeft ons enkele ontwerpregels voor betere manieren om genen en eiwitten aan cellen te leveren. We moeten bepaalde kenmerken vermijden en prioriteit geven aan andere - vooral zeer stabiele en zwitterionische oppervlakken, Smith zei. "Iedereen die op dit gebied werkt, kan deze trackingtechnologie nu gebruiken om nieuwe soorten bezorgers te analyseren. We hebben in ons onderzoek slechts naar een handvol celtypen gekeken, gericht op kanker, maar deze tools kunnen elke nieuwe agent evalueren die voor elk celtype is ontwikkeld. U hebt alleen een hoogwaardige optische fluorescentiemicroscoop nodig, en alle grote onderzoeksinstituten hebben ze."

De studie gebruikte "lege" afgiftemiddelen - die zonder therapeutische lading eraan vastgemaakt - dus de volgende stap is om het systeem te gebruiken om de middelen te volgen die daadwerkelijk medicijnen of genen afleveren en de mechanismen te observeren langs elke stap van het medicijnafgiftepad, zei Smit.

"We komen dichter bij het oplossen van het probleem van celafgifte. Dit is al een eeuw lang een beperkte geneeskunde en gentherapie, " zei Smit, die ook een professor is aan het Carle Illinois College of Medicine. "Ik denk dat het vermogen om de levering in cellen te volgen en te analyseren een enorme boost zal zijn voor de farmaceutische industrie bij het ontwikkelen van dit soort therapieën."