Wetenschappers hebben lang geprobeerd medicamenteuze therapieën te ontwikkelen die nauwkeuriger kunnen diagnosticeren, richten en effectief behandelen van levensbedreigende ziekten zoals kanker, hart- en auto-immuunziekten. Een veelbelovende benadering is het ontwerp van morphable nanomaterialen die door het lichaam kunnen circuleren en diagnostische informatie kunnen verschaffen of nauwkeurig gerichte medicijnen kunnen afgeven als reactie op ziektemarkerenzymen. Dankzij een nieuw gepubliceerd artikel van onderzoekers van het Advanced Science Research Center (ASRC) van het Graduate Center van The City University of New York, Brooklyn College, en Hunter College, wetenschappers hebben nu ontwerprichtlijnen die de ontwikkeling van dergelijke nanomaterialen snel kunnen bevorderen.

In de krant, die online in het tijdschrift verschijnt ACS Nano , onderzoekers detailleren breed toepasbare bevindingen uit hun werk om een ​​nanomateriaal te karakteriseren dat voorspelbaar, specifiek en veilig reageren wanneer het overexpressie van het enzym matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) waarneemt. MMP-9 helpt het lichaam om onnodige extracellulaire materialen af ​​te breken, maar als de niveaus te hoog zijn, het speelt een rol bij de ontwikkeling van kanker en verschillende andere ziekten.

"Direct, er zijn geen duidelijke regels over hoe de nanomaterialen kunnen worden geoptimaliseerd om op voorspelbare manieren te reageren op MMP-9, " zei Jiye Son, de hoofdauteur van de studie en een Graduate Center Ph.D. student aan het werk in een van de ASRC Nanoscience Initiative-labs. "Ons werk schetst een benadering met behulp van korte peptiden om op enzymen reagerende nanostructuren te creëren die kunnen worden aangepast om specifieke therapeutische acties uit te voeren, zoals alleen gericht op tumorcellen en het vrijgeven van medicijnen in de buurt van deze cellen."

Onderzoekers ontwierpen een modulair peptide dat spontaan assembleert tot nanostructuren, en verandert voorspelbaar en betrouwbaar in aminozuren wanneer ze in contact komen met het MMP-9-enzym. De ontworpen componenten omvatten een geladen segment van de nanostructuur om de detectie en betrokkenheid bij het enzym te vergemakkelijken; een splitsbaar segment van de structuur zodat het zich aan het enzym kan hechten en kan bepalen hoe te reageren; en een hydrofoob segment van de structuur om zelfassemblage van de therapeutische respons te vergemakkelijken.

"Dit werk is een cruciale stap in de richting van het creëren van nieuwe slimme voertuigen voor het afleveren van medicijnen en diagnostische methoden met nauwkeurig afstembare eigenschappen die het gezicht van ziektebehandeling en -beheer kunnen veranderen, ", aldus Rein Ulijn, directeur van het ASRC Nanoscience Initiative, wiens lab het werk leidt. "Hoewel we ons specifiek hebben gericht op het maken van nanomaterialen die MMP-9 kunnen detecteren en erop kunnen reageren, de componenten van onze ontwerprichtlijnen kunnen de ontwikkeling van nanomaterialen vergemakkelijken die andere cellulaire stimuli detecteren en erop reageren."

Onder andere vorderingen, het werk van het onderzoeksteam bouwt voort op hun eerdere bevindingen, waaruit bleek dat aminozuurpeptiden kunnen inkapselen en transformeren in vezelachtige medicijndepots na interactie met MMP-9. De groep werkt samen met wetenschappers van Memorial Sloan Kettering en Brooklyn College om hun bevindingen te gebruiken om een ​​nieuwe kankertherapie te ontwikkelen.