Een op DNA gebaseerde nanogel voor gerichte chemotherapie

Een op DNA gebaseerde nanogel (hierboven afgebeeld) wordt afgebroken in kankercellen om geneesmiddelen voor chemotherapie vrij te maken. Krediet: aangepast van Nano Letters 2020, DOI: 10.1021 / acs.nanolet.0c03671

De huidige chemotherapie-regimes vertragen de progressie van kanker en redden levens, maar deze krachtige medicijnen tasten zowel gezonde als kankercellen aan. Nu rapporteren onderzoekers in ACS ‘ Nano Letters hebben DNA-gebaseerde nanogels ontworpen die alleen hun chemotherapeutische inhoud afbreken en vrijgeven in kankercellen, waardoor de impact op normale cellen wordt geminimaliseerd en mogelijk pijnlijke en ongemakkelijke bijwerkingen worden geëlimineerd.

Eenmaal ingenomen of geïnjecteerd, verplaatsen chemotherapiemedicijnen zich door het lichaam en tasten ze zonder onderscheid gezonde cellen aan, samen met degenen die verantwoordelijk zijn voor ziekte. Aangezien veel van deze geneesmiddelen giftig zijn voor alle cellen, kan de gewenste krimp van de tumor gepaard gaan met ongewenste bijwerkingen, zoals haaruitval, gastro-intestinale problemen en vermoeidheid. Nanogels gemaakt van DNA zijn een manier waarop deze medicijnen kunnen worden afgeleverd, maar ze zouden nog steeds alle cellen binnendringen. Tianhu Li, Teck-Peng Loh en collega’s redeneerden dat biomarkers – eiwitten of andere componenten die in verschillende hoeveelheden aanwezig zijn in kankercellen en hun gezonde tegenhangers – een rol zouden kunnen spelen bij het afbreken van een nanogel, waardoor het zijn inhoud alleen vrijgeeft in die die kanker zijn. Een biomarker genaamd FEN1, een reparatie-enzym dat bepaalde soorten DNA snijdt, is in grotere hoeveelheden aanwezig in kankercellen dan in gezonde. De onderzoekers wilden zien of ze een DNA-nanogel konden ontwerpen die door FEN1 specifiek in kankercellen zou worden afgebroken.

Om DNA-nanogels te maken, gebruikten de onderzoekers speciale DNA-structuren die FEN1 kon herkennen en knippen. Met celvrije systemen observeerden de onderzoekers dat de op DNA gebaseerde nanogels werden afgebroken door FEN1, maar niet door andere DNA-herstel-enzymen of verbindingen. Toen levende cellen werden geïncubeerd met de op DNA gebaseerde nanogels, hadden gezonde cellen niet genoeg FEN1 om ze af te breken, maar kankercellen wel. Toen de chemotherapeutische geneesmiddelen doxorubicine en vinorelbine in de nanogel werden opgenomen, stierven menselijke borstkankercellen sneller dan normale, gezonde borstcellen.

Deze bevindingen geven aan dat op DNA gebaseerde nanogels medicijnen met een hoge specificiteit in kankercellen kunnen introduceren, waardoor het risico op bijwerkingen wordt verminderd. De onderzoekers zeggen dat de nanogels ook kunnen worden gebruikt als sondes voor het biomarker-enzym, waardoor artsen kanker directer kunnen diagnosticeren in vergelijking met de huidige methoden.