Rak: „Inteligentna dostawa leków” jest w drodze
Nowe badania torują drogę do dostarczania leków przeciwnowotworowych do guzów z niespotykaną dotąd precyzją.
Nowy system „inteligentnego dostarczania leków” wykorzystuje nanokapsułkę, która rozładuje swój ładunek leku tylko wtedy, gdy napotka dwa sygnały nowotworowe we właściwej kolejności.
Dokument „weryfikujący zasady” - obecnie opublikowany w czasopiśmie Nauki chemiczne - opisuje, w jaki sposób system działał skutecznie w odpowiedzi na sekwencję dwóch stanów, które występują wewnątrz guzów.
Pierwszym warunkiem był wzrost kwasowości powyżej określonego progu, a drugim obecność substancji zwanej glutationem, której poziom jest wyższy w niektórych typach nowotworów.
Spełnienie tych dwóch warunków - w dokładnie takiej kolejności - informuje nanokapsułkę, że wchodzi ona do „wielostopniowego mikrośrodowiska guza”, powodując uwolnienie ładunku leku. Jeśli spełnia tylko jeden warunek lub spełnia je w odwrotnej kolejności, nie uwalnia leku.
Starszy autor badań Wei-Hong Zhu, profesor chemii na Uniwersytecie Nauki i Technologii Wschodnich Chin w Szanghaju, wraz ze swoim zespołem przetestował system najpierw w komórkach laboratoryjnych, a następnie na żywych myszach.
„Nowa generacja narkotyków”
Nanokapsułka uwalnia unikalne znaczniki fluorescencyjne - jeden, gdy spełnia pierwszy warunek, a drugi, inny, gdy spełnia drugi - co oznacza, że postęp dostarczania leku można dokładnie śledzić na bieżąco.
Otwiera to możliwość wykorzystania systemu jako „inteligentnego czujnika fluorescencyjnego” do dokładniejszej diagnostyki.
Prof. Zhu mówi, że on i jego koledzy wierzą, że badania doprowadzą do „nowej generacji leków”, które można zaprogramować tak, aby reagowały na określone bodźce w logiczny sposób.
Jednym z powodów, dla których ich nowy system przenosi dostarczanie leków na inny poziom, jest to, że wykorzystuje on „logikę ORAZ opartą na sekwencji”, a nie logikę OR do wyzwalania uwalniania leku.
System dostarczania wykorzystujący logikę OR uwalnia lek, gdy spełnia którykolwiek z warunków, na które jest zaprogramowany.
Z drugiej strony, w przypadku logiki AND opartej na sekwencjach, system uwalnia lek tylko wtedy, gdy oba warunki są spełnione we właściwej kolejności.
Naukowcy sugerują, że takie podejście lepiej chroni lek przed „destrukcyjnym środowiskiem i niepożądanymi interakcjami” oraz zapewnia dokładniejsze wyzwalanie uwalniania „w razie potrzeby”.
Jak to działa
Chociaż wygodnie jest opisać system dostarczania leku jako „nanokapsułkę zawierającą ładunek leku”, nie do końca tak działa.
System w rzeczywistości składa się z długich cząsteczek złożonych z trzech części. Pierwsza daje sygnał fluorescencyjny, druga to „prolek”, a trzecia to długi „polimerowy ogon”. Po uwolnieniu prolek metabolizuje do leku przeciwnowotworowego.
Reaguje „bardzo wrażliwie” na zmiany pH lub kwasowości. A kiedy przenosi się z krwiobiegu (gdzie kwasowość jest niższa) do środowiska guza (gdzie kwasowość jest wyższa), wyczuwa spadek pH.
Podczas gdy pH jest wyższe niż zaprogramowany próg, długie cząsteczki tworzą kształt zwany „micelą”. Przypomina to kulę ze wszystkimi polimerowymi ogonami na zewnątrz i fluorescencyjnymi jednostkami w środku. W tej formacji sygnał fluorescencyjny jest tłumiony.
Ale kiedy micela wejdzie do środowiska, w którym pH spadnie poniżej pewnego progu, formacja cofnie się, a długie cząsteczki zostaną uwolnione.
Pierwszą rzeczą, która się dzieje, jest to, że sygnał fluorescencyjny nie będzie już tłumiony i można go wykryć. Wskazuje, że pierwszy warunek logiki AND (spadek pH) został spełniony.
Uwolnienie długich cząsteczek umożliwia spełnienie drugiego warunku. W tym przypadku ekspozycja na glutation zrywa połączenie między długą cząsteczką a prolekiem. Po uruchomieniu prolek może następnie swobodnie metabolizować do aktywnego leku przeciwnowotworowego.
Dwa sygnały fluorescencyjne
Utrata proleku oznacza, że długa cząsteczka staje się krótsza, powodując zmianę „koloru” lub długości fali sygnału fluorescencyjnego - który wciąż jest emitowany - „z zielonego na fioletowo-czerwony”. To sygnalizuje, że drugi warunek logiki AND został spełniony we właściwej kolejności.
Autorzy zauważają, że ta podwójna długość fali fluorescencji sprawia, że system „nadaje się do wykonywania trójwymiarowego bioobrazowania w czasie rzeczywistym”, co może być „potężnym narzędziem do dokładnej diagnostyki chorób, szczególnie w przypadku podejrzanych zmian”.
Kiedy zespół przetestował system w komórkach i na żywych myszach, odkrył, że wykazuje on „doskonałą wieloetapową zdolność namierzania nowotworu”. U myszy wykazał również „znaczące zwiększenie aktywności przeciwnowotworowej […] prawie całkowicie eliminującej guz”.
„Ta nanosonda z wyczuciem logiki stanowi prototyp do opracowania inteligentnych sond biologicznych in vivo do precyzyjnych programowalnych systemów dostarczania leków”.
Prof. Wei-Hong Zhu
