Polimerna protitelesa učinkovito usmerjajo in odstranjujejo rakave celice

Polimerna masa PREMO (Junij 2019).

Anonim

Skupna raziskovalna skupina iz Rusije in Združenega kraljestva je pokazala možnost razvijanja nove vrste anti-neoplastičnih zdravil, ki temeljijo na nanoMIPs, ali "plastičnih protiteles." NanoMIP so sintetični polimeri, ki lahko delujejo kot protitelesa, selektivno vezavo na ciljne beljakovine na površini rakavih celic. Ta pristop bi lahko vodil do premika paradigme pri razvoju novih metod zdravljenja raka. Raziskovanje je izvedla mednarodna ekipa Univerze v Leicesteru, Univerza v Londonu, Inštitut za citologijo Ruske akademije znanosti in Moskovski inštitut za fiziko in tehnologijo. Rezultati študije so bili objavljeni v Nano Letters.

Glavne slabosti večine protiretrovirusnih zdravil so njihova nizka specifičnost in s tem povezani neželeni učinki. Konvencionalna kemoterapija usmerja vse delilne celice brez izjeme, zato vplivajo na zdrave celice in rakave celice.

Vendar pa je napredek v raziskavah o raku vodil do boljšega razumevanja molekularnih mehanizmov in primarnih povzročiteljev, odgovornih za razvoj tumorja. Nove ugotovitve so omogočile nove antineoplastične droge, ki lahko razlikujejo med zdravimi in rakavimi celicami, tako da delujejo na specifične molekularne tarče.

Ker se celice v tumorjih hitro podvajajo, se zanašajo na stalno oskrbo s substancami, ki spodbujajo celično rast in proliferacijo. Te snovi, znane kot faktorji rasti, prihajajo izven celice in jih lahko identificirajo z ustreznimi receptorskimi proteini na površini celice. Ti zunanji dejavniki aktivirajo intracelularno signalizacijo, ki spodbuja proliferacijo rakavih celic. Izkazalo se je, da so receptorski proteini na površini celice pogosto preveč izraženi - to je, sintetizirano v presežku - v različnih trdnih tumorjih.

V zadnjih dveh desetletjih so se terapevtska zdravila, ki delujejo na rastne faktorje, razvila in klinično testirala. Nova zdravila zavirajo vezavo rastnih faktorjev na receptorje in neposredno vplivajo na njihovo encimsko aktivnost. Ni presenetljivo, da je razvoj novih sintetičnih zdravil proti tej vrsti tarč obetaven del molekularne farmakologije, ki pritegne pozornost raziskovalcev po vsem svetu.

Mednarodna raziskovalna skupina, ki jo je vodil profesor Nickolai Barlev, vodja Laboratorija za signalizacijo celičnih signalov pri MIPT, je pokazala, da je mogoče razviti novo vrsto antineoplastičnih zdravil, ki temeljijo na nekakšnih delcih, imenovanih nanosizirani molekularno natisnjeni polimeri (nanoMIP). NanoMIP so sintetični polimer, ki je alternativa protitelescem s 3-D strukturo, ki jim omogoča, da se vežejo samo na določen del ciljnega proteina. To zagotavlja njihovo visoko specifičnost. Za razliko od protiteles, lahko nanoMIPs nosijo tudi dodatna sredstva proti raku. V svojem raziskovanju so avtorji prvič dokazali, da je možno sintetizirati nanoMIP, ki se lahko selektivno vežejo na aminokislinske sekvence njihovih ciljnih proteinov. Študija je pokazala tudi možnost uporabe nanoMIP pri ciljni dostavi zdravila (slika 2).

NanoMIPs se sintetizirajo v prisotnosti tarčnega proteina, ki na nanodelcu pusti oznako. Ta postopek imenujemo vtiskovanje in ga je mogoče primerjati z ulivanjem plesni-končni izdelek je v obliki prvotne predloge. S tem procesom nanoMIPs pridobijo sposobnost selektivnega prepoznavanja ciljne molekule in se vežejo nanjo.

Cilj, ki so ga uporabili avtorji študije, je receptor za epidermalni rastni faktor (EGFR). Ta protein je prekomerno izražen pri številnih vrstah tumorjev, povezanih z rakom debelega črevesa, pljuč, možganov in raka dojke, vključno z njeno najbolj agresivno obliko, trojno negativnim rakom dojke. Zaradi tega je bil EGFR eden od prvih tarč za protinoplastična zdravila na osnovi protiteles.

Ekipa je delala z nanodelci, pridobljenimi z dvotirnim pristopom proti dvema ciljnima molekuloma: citotoksično zdravilo, imenovano doksorubicin, in linearni epitop EGFR. (Epitop je del ciljne molekule, ki jo prepozna protiteles, ki se mu vežejo.) Zato se končni izdelek povezuje z EGFR in prinaša terapevtiko rakavim celicam.

"Čeprav so učinkovite pri klinični uporabi, so zdravila na protitelesa težko oblikovati in jih je drago proizvajati. Tumorji z ekspresijo EGFR se uspešno zdravijo s specifičnimi monoklonskimi protitelesi, ki ciljajo na ta receptor (cetuksimab ali Erbitux). Ker pa je zdravilo nestabilno, je treba za celotno obdobje zdravljenja uporabiti nove odmerke protiteles, skupni stroški zdravljenja pa lahko znašajo 100 000 USD. Alternativne snovi sintetičnih protiteles, kot so nanoMIPs, nimajo teh omejitev. Poleg tega, za razliko od biomolekul, njihova stabilnost ni odvisna od temperature in kislosti, kar pomeni, da imajo veliko širšo paleto potencialnih aplikacij. Če pogledamo naprej, bi lahko razširili nabor možnosti, ki so na voljo za diagnostiko in zdravljenje številnih bolezni, "pravi Barlev, avtor študije.

Še več, sinteza selektivnih nanoMIP-jev ne zahteva nujno vtis celotne celice. Namesto tega je treba natisniti le določen del. Ta majhen del - kratek oligopeptid - je pritrjen na steklene kroglice preko kovalentnih kemičnih vezi. Kroglice nato zmešamo z akrilamidnimi monomeri in doksorubicinom. Poliakrilamid, za razliko od svojih monomerov, je biološko neškodljiv in se med drugim uporablja za izdelavo mehkih kontaktnih leč. Ko se temperatura poveča, se monomeri začnejo polimerizirati in tvorijo delce, ki so velike 100-200 nanometrov, vključujejo doksorubicin in nosijo molekularni odtis ciljnega proteina. Nezreagirani monomeri in nespecifični nanodelci se eluirajo, medtem ko sintetizirana "plastična protitelesa" ostanejo vezana na steklene kroglice (slika 3).

"Prvič smo izdelali polifunkcionalne nanoMIP-je, ki so sposobni selektivnega prepoznavanja ciljnih beljakovin in so primerni za specifično dostavo zdravila. To je bilo nemogoče, ker razpoložljiva tehnologija za sintezo nanoMIP ni omogočila standardizacije pogojev, v katerih so delci tako da je bila učinkovitost končnega izdelka nepredvidljiva, ta problem smo rešili s sintezo trdnih faz. Naslednji cilj je ustvariti ferromagnetne nanoMIP, ki bi znatno razširili diagnostični in terapevtski potencial naših "plastičnih protiteles", Barlev pravi.

Rezultati študije so pokazali tudi zmerno in specifično toksičnost nanodelcev proti tumorskim celicam. Predvsem je bila toksičnost v celoti posledica vgradnje doksorubicina med postopkom polimerizacije, ker kontrolni nanodelci, ki niso vsebovali zdravila proti raku, niso imeli vpliva na celice. Poleg tega so pri uporabi terapevtskih nanoMIP-ov celice razvile več prekinitev DNK, kar je značilna reakcija na učinek doksorubicina. Nazadnje, vezava "plastičnih protiteles" na EGFR je privedla do zmanjšanja gostote receptorjev na celični površini.

Potencialni terapevtski učinki nanoMIP-jev za zdravljenje EGFR-odvisnih tumorjev se nazadnje pripisujejo tremu dejavnikom: neposrednemu citotoksičnemu učinku antineoplastičnega zdravila, dostavljenega celici, maskiranju receptorja iz liganda in zmanjšanju koncentracije EGFR na površina celice. Uspešni poskusi in vitro kažejo, da nanoMIPs obljubljajo kot vozila za ciljno dostavo zdravil in zahtevajo nadaljnje raziskave.

menu
menu