Een nano-medicijnafgiftesysteem elimineert de noodzaak voor ingewikkelde dragers

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Melbourne van de Caruso Nanoengineering Group heeft een innovatief medicijnafgiftesysteem gecreëerd met een uitstekend potentieel om de ontwikkeling van medicijnen te verbeteren.

Het team heeft pionierswerk verricht met een medicijnafgiftesysteem dat een coördinatienetwerk is dat alleen bestaat uit metaalionen en biomoleculen, bekend als metaal-biomolecuulnetwerk (MBN). Dit systeem elimineert de noodzaak voor gecompliceerde medicijndragers, waardoor het potentieel bruikbaarder wordt in een reeks toepassingen.

Het onderzoek is gepubliceerd in Wetenschappelijke vooruitgang en werd geleid door Melbourne Laureate Professor en NHMRC Leadership Fellow Frank Caruso, van de afdeling Chemische Technologie van de Faculteit Ingenieurswetenschappen en Informatietechnologie, met de gezamenlijke eerste auteurs Dr. Wanjun Xu en Dr. Zhixing Lin.

De MBN-nanodeeltjes worden gevormd door niet-giftige metaalionen (zoals die die via de voeding worden opgenomen, zoals calcium of ijzer) te combineren met fosfonaatbiomoleculen (zoals DNA, de bouwsteen van het leven). De MBN-nanodeeltjes zijn chemisch en metabolisch stabiel en hebben antivirale, antibacteriële, schimmelwerende, ontstekingsremmende en kankerbestrijdende eigenschappen.

Dr. Zhixing zei dat een van de belangrijkste voordelen van het MBN-systeem een ​​potentieel groter succes bij de ontwikkeling van geneesmiddelen zal zijn, omdat het materialen gebruikt die zeer compatibel zijn met het menselijk lichaam en het gebruik van potentieel giftige medicijndragersystemen vermijdt.

“We hebben functionele metaal-organische netwerken gecreëerd die gemakkelijk biomoleculen kunnen samenstellen voor biomedische toepassingen zoals antikanker- of antivirale therapieën, genafgifte, immunotherapie, biosensoren, bioimaging of medicijnafgifte”, zei Dr. Zhixing.

Wetenschappers over de hele wereld hebben een groot aantal medicijndragers ontwikkeld, maar veel daarvan falen vanwege de toxiciteit van materialen die een immuunrespons oproepen.

“Op dit moment betekenen de uitdagingen op het gebied van de ontwikkeling en goedkeuring van geneesmiddelen dat gemiddeld slechts één op de 10.000 geneesmiddelen op de markt wordt goedgekeurd, terwijl vele andere falen vanwege veiligheidsproblemen. Eventuele extra, niet-functionele componenten in dragers kunnen potentieel de kans vergroten toxiciteit,” zei Dr. Wanjun.

Het team moest de uitdaging overwinnen dat ‘vrije’ biomoleculaire ladingen vaak hun doelcellen niet kunnen bereiken om de vereiste biologische functie te bereiken. Gedurende het twee jaar durende project slaagden ze erin het gebruik van extra, niet-functionele componenten te minimaliseren en een eenvoudiger materiaalsysteem te creëren met een groter succespotentieel, zonder dat dit ten koste ging van de prestaties.

Er zijn verschillende strategieën om ervoor te zorgen dat de MBN-nanodeeltjes op de gewenste locatie worden geactiveerd. In een zure kankeromgeving, zoals bij tumoren geassocieerd met borstkanker, waar de micro-omgeving van de tumor doorgaans zuurder is dan de omliggende weefsels, zouden de gemanipuleerde nanodeeltjes bijvoorbeeld uit elkaar kunnen vallen.

Professor Caruso zei dat de MBN’s ‘afstembaar’ zijn, wat betekent dat ze kunnen worden aangepast voor verschillende biomedische toepassingen, met grootte, lading, potentiële targeting en andere eigenschappen die kunnen worden ontwikkeld door verschillende biomoleculen, metaalionen en assemblageomstandigheden te selecteren. “Het biedt een modulaire aanpak om multifunctionele nanodeeltjes met diverse samenstellingen te construeren.”

“Ons systeem biedt inzicht in fundamentele assemblagemechanismen en zal ons in staat stellen een bibliotheek van bioactieve nanodeeltjes te creëren voor de biogeneeskunde, maar ook voor de milieuwetenschappen, waar ook biologische barrières voor de levering bestaan”, aldus professor Caruso.

De volgende fase van het onderzoek van het team zal zich richten op het verkrijgen van een dieper inzicht in het MBN-systeem en het testen ervan om geavanceerde materialen te formuleren die gericht zijn op de behandeling van ziekten.