MIT-ingenieurs hebben aangetoond dat ze de prestaties van nanodeeltjes voor medicijnafgifte kunnen verbeteren door een eigenschap van chemische structuren te beheersen die bekend staat als chiraliteit - de "handigheid" van de structuur.

Veel biologische moleculen kunnen zowel rechtshandige als linkshandige vormen hebben, die qua samenstelling identiek zijn, maar spiegelbeelden van elkaar zijn.

Het MIT-team ontdekte dat het coaten van nanodeeltjes met de rechtshandige vorm van het aminozuur cysteïne de deeltjes hielp om te voorkomen dat ze werden vernietigd door enzymen in het lichaam. Het hielp hen ook om efficiënter cellen binnen te gaan. Deze bevinding zou onderzoekers kunnen helpen om effectievere dragers te ontwerpen voor medicijnen om kanker en andere ziekten te behandelen, zegt Robert Langer, de David H. Koch Institute Professor aan het MIT en een lid van het Koch Institute for Integrative Cancer Research.

"We zijn erg enthousiast over dit artikel omdat het beheersen van chiraliteit nieuwe mogelijkheden biedt voor medicijnafgifte en dus nieuwe medische behandelingen, " zegt Langer, wie is een van de senior auteurs van het papier.

Ana Jaklenec, een onderzoeker aan het Koch Instituut, is ook een senior auteur van het papier, die verschijnt in Geavanceerde materialen op 4 november. De hoofdauteur van het artikel is MIT-postdoc Jihyeon Yeom. Andere auteurs van het artikel zijn voormalige MIT-postdocs Pedro Guimaraes en Kevin McHugh, MIT-postdoc Quanyin Hu, en onderzoeksfiliaal van het Koch Institute, Michael Mitchell. Hyo Min Ahn, BoKyeong Jung, en Chae-Ok Yun van de Hanyang Universiteit in Seoel, Zuid-Korea, zijn ook auteurs van het artikel.

chirale interacties

Veel biologisch belangrijke moleculen zijn geëvolueerd om uitsluitend in rechtshandige ("D") of linkshandige ("L") versies te bestaan, ook wel enantiomeren genoemd. Bijvoorbeeld, natuurlijk voorkomende aminozuren zijn altijd "L"-enantiomeren, terwijl DNA en glucose meestal "D" zijn.

"Chiraliteit is alomtegenwoordig in de natuur, het verlenen van uniciteit en specificiteit aan de biologische en chemische eigenschappen van materialen, " Zegt Yeom. "Bijvoorbeeld, moleculen gevormd met dezelfde samenstelling smaken zoet of bitter en ruiken anders, afhankelijk van hun chiraliteit, en één enantiomeer is inactief of zelfs toxisch, terwijl het andere enantiomeer een belangrijke biologische functie kan hebben."

Het MIT-team veronderstelde dat het mogelijk zou kunnen zijn om te profiteren van chirale interacties om de prestaties van nanodeeltjes voor medicijnafgifte te verbeteren. Om dat idee te testen, ze creëerden "supradeeltjes" bestaande uit clusters van kobaltoxidedeeltjes van 2 nanometer waarvan de chiraliteit werd geleverd door de "D" of "L" -versie van cysteïne op de oppervlakken.

Door deze deeltjes langs een kanaal met kankercellen te laten stromen, waaronder myeloom- en borstkankercellen, de onderzoekers konden testen hoe goed elk type deeltje door de cellen werd opgenomen. Ze ontdekten dat deeltjes bedekt met "D" cysteïne efficiënter werden geabsorbeerd, waarvan ze denken dat het komt omdat ze sterker kunnen interageren met cholesterol en andere lipiden in het celmembraan, die ook de "D"-oriëntatie hebben.

De onderzoekers geloofden ook dat de "D" -versie van cysteïne zou kunnen helpen nanodeeltjes te voorkomen dat ze worden afgebroken door enzymen in het lichaam, die zijn gemaakt van "L" aminozuren. Hierdoor kunnen de deeltjes voor langere tijd in het lichaam circuleren, waardoor het voor hen gemakkelijker wordt om hun beoogde bestemmingen te bereiken.

In een studie van muizen, de onderzoekers ontdekten dat "D"-gecoate deeltjes langer in de bloedbaan bleven, wat suggereert dat ze met succes enzymen konden ontwijken die de "L"-gecoate deeltjes vernietigden. Ongeveer twee uur na de injectie, het aantal "D"-deeltjes in omloop was veel groter dan het aantal "L"-deeltjes, en het bleef hoger gedurende de 24 uur van het experiment.

"Dit is een eerste stap om te kijken hoe chiraliteit deze deeltjes mogelijk kan helpen kankercellen te bereiken en de circulatietijd te verlengen. De volgende stap is om te zien of we daadwerkelijk een verschil kunnen maken in de behandeling van kanker, ' zegt Jaklenec.

Gemodificeerde deeltjes

De onderzoekers zijn nu van plan om deze aanpak te testen met andere soorten medicijnafgiftedeeltjes. Bij een project is ze onderzoeken of het coaten van gouddeeltjes met "D" -aminozuren hun vermogen om kankermedicijnen bij muizen af ​​​​te leveren, zal verbeteren. In een andere, ze gebruiken deze benadering om adenovirussen te modificeren, die sommige van hun medewerkers ontwikkelen als een potentiële nieuwe manier om kanker te behandelen.

"In dit onderzoek, we hebben aangetoond dat de 'D'-chiraliteit zorgt voor een langere circulatietijd en een verhoogde opname door kankercellen. De volgende stap zou zijn om te bepalen of met geneesmiddel beladen chirale deeltjes verbeterde of langdurige werkzaamheid geven in vergelijking met vrij geneesmiddel, "Zegt Jaklenec. "Dit is potentieel te vertalen naar vrijwel elk nanodeeltje."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.