Een biomimetisch nanosysteem kan therapeutische eiwitten leveren om selectief kankertumoren aan te pakken, volgens een team van onderzoekers van Penn State.

Met behulp van een eiwittoxine genaamd gelonine van een plant in de Himalaya, de onderzoekers sloten de eiwitten op in zelf-geassembleerde metaal-organische raamwerken (MOF) nanodeeltjes om ze te beschermen tegen het immuunsysteem van het lichaam. Om de levensduur van het medicijn in de bloedbaan te verlengen en om de tumor selectief aan te pakken, het team verhulde de MOF in een coating gemaakt van cellen uit de tumor zelf.

Bloed is een vijandige omgeving voor medicijnafgifte. Het immuunsysteem van het lichaam valt buitenaardse moleculen aan of spoelt ze uit het lichaam via de milt of lever. Maar cellen, inclusief kankercellen, laat kleine deeltjes vrij die extracellulaire blaasjes worden genoemd en die communiceren met andere cellen in het lichaam en een "eet me niet"-signaal naar het immuunsysteem sturen.

"We hebben een strategie ontworpen om te profiteren van de extracellulaire blaasjes die zijn afgeleid van tumorcellen, " zei Siyang Zheng, universitair hoofddocent biomedische en elektrotechniek aan Penn State. "We verwijderen 99 procent van de inhoud van deze extracellulaire blaasjes en gebruiken vervolgens het membraan om onze metaal-organische nanodeeltjes in te pakken. Als we onze extracellulaire blaasjes van de patiënt kunnen krijgen, door middel van een biopsie of operatie, dan zullen de nanodeeltjes de tumor opzoeken via een proces dat homotypische targeting wordt genoemd."

Gong Cheng, hoofdauteur van een nieuw artikel waarin het werk van het team wordt beschreven en een voormalig postdoctoraal wetenschapper in de groep van Zheng, nu aan Harvard, zei, "MOF is een klasse van kristallijne materialen samengesteld door metalen knopen en organische linkers. In ons ontwerp, zelfassemblage van MOF-nanodeeltjes en inkapseling van eiwitten worden gelijktijdig bereikt door een eenpotsbenadering in een waterige omgeving. De verrijkte metaalaffiniteitsplaatsen op MOF-oppervlakken werken als de knoophaak, zodat het extracellulaire vesikelmembraan gemakkelijk op de MOF-nanodeeltjes kan worden geknikt. Onze biomimetische strategie zorgt ervoor dat de synthetische nanodeeltjes eruitzien als extracellulaire blaasjes, maar ze hebben de gewenste lading binnen."

Het nanodeeltjessysteem circuleert in de bloedbaan totdat het de tumor vindt en zich vastklampt aan het celmembraan. De kankercel neemt het nanodeeltje op in een proces dat endocytose wordt genoemd. Eenmaal in de cel, de hogere zuurgraad van de intracellulaire transportblaasjes van de kankercel zorgt ervoor dat de metaal-organische nanodeeltjes uit elkaar vallen en het giftige eiwit vrijgeven in cytosol en de cel doden.

"Ons metaal-organisch frame heeft een zeer hoog laadvermogen, dus we hoeven niet veel van de deeltjes te gebruiken en dat houdt de algemene toxiciteit laag, ' zei Zheng.

De onderzoekers bestudeerden de effectiviteit van het nanosysteem en de toxiciteit ervan in een klein diermodel en rapporteerden hun bevindingen in een omslagartikel in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

De onderzoekers geloven dat hun nanosysteem een ​​hulpmiddel biedt voor de gerichte levering van andere eiwitten die verhuld moeten worden door het immuunsysteem. Penn State heeft octrooibescherming aangevraagd voor de technologie.