Magnetische nanodeeltjes in synthetische cellen maken gecontroleerde, diepweefsel medicijnafgifte mogelijk met verminderde bijwerkingen

Een synthetische cel die kan worden geactiveerd door een magnetisch veld om een ​​medicijn vrij te geven, terwijl diep in het lichaam is gemaakt door chemici bij UCL (University College London) en de Universiteit van Oxford.

De nieuwe techniek, gepubliceerd in Natuurchemiekan worden gebruikt om zich precies te richten op medicijnen voor kankers of bacteriële infecties, tegelijkertijd hun effectiviteit te vergroten en bijwerkingen te verminderen.

Synthetische cellen zijn niet-levende nabootsing van echte cellen. Ze hebben een vetmembraan (of SAC) dat chemische of biologische componenten zoals DNA bevat. Afhankelijk van het DNA van binnen, kunnen de cellen elk eiwit maken dat nodig is.

Hun gebruik voor medicijnafgifte is tot nu toe beperkt door het feit dat ze niet eenmaal in het lichaam kunnen worden gecontroleerd. Eerder onderzoek activeerde synthetische cellen met licht, maar licht kan niet meer dan een millimeter in de huid doordringen.

Voor deze nieuwe synthetische cellen bevestigde het onderzoeksteam DNA rond kleine magnetische nanodeeltjes gemaakt van ijzeroxide. Deze met DNA gecoate nanodeeltjes waren ingekapseld in een tweelaags lipidemembraan, net als de zak van een echte cel.

Het team paste een afwisselend magnetisch veld toe, waardoor de magnetische nanodeeltjes alleen hun directe omgeving opwarmden, wat resulteerde in de activering van het DNA in de synthetische cel om een ​​eiwit te produceren. Het DNA maakte een eiwit dat groen gloeide, om te meten hoeveel er werd geproduceerd, en een membraaneiwit, voor de gecontroleerde afgifte van een modelmolecuul.

Voor real-world toepassingen kunnen kanker- of bacterie-dodende moleculen eenvoudig worden verwisseld in dit magnetische afgifte-systeem.

Als u kunt regelen wanneer deze moleculen worden vrijgegeven, kunnen deze therapieën nauwkeuriger worden gebruikt, waardoor mogelijk bijwerkingen worden verminderd.

Voor deze studie toonden de onderzoekers aan dat de synthetische cellen konden worden geactiveerd door een magnetisch veld, zelfs wanneer ze zich in een zwarte buis bevonden, gebruikt om het harde weefsel van een levend organisme na te bootsen.

Senior auteur Dr. Michael Booth, gevestigd op het UCL’s Department of Chemistry, zei: “Wat opwindend is aan onze studie is dat het het potentieel opent voor synthetische cellen om in het lichaam te worden gebruikt. Het maakt nieuwe soorten behandelingen mogelijk.

“Synthetische cellen kunnen worden aangepast voor een breed scala van gebruik. Ze kunnen in de toekomst worden ontworpen om een ​​medicijn vrij te geven bij het detecteren van iets in hun directe omgeving – zeg, een tumor of bacteriën. Deze meer gerichte aanpak kan clinici in staat stellen kleinere doses van een behandeling te gebruiken, waardoor het veiliger is.

“Ons proof-of-principle werk werd uitgevoerd in water en de volgende stap is dat deze techniek wordt getest met een anti-kanker ‘vracht’ die zich richt op kankercellen in het lab.”

Het onderzoeksteam gebruikte “Click Chemistry”, waarbij moleculen samen klikken als LEGO -bakstenen, om het DNA stevig te binden aan het oppervlak van de magnetische nanodeeltjes, een techniek die in sommige eerdere studies wordt gebruikt.

Zoals echter in eerdere inspanningen, bleef sommige DNA echter slechts losjes gebonden aan de nanodeeltjes, wat betekent dat ze te gemakkelijk uitkwamen en in het milieu lekten.

Als het wordt gebruikt in levende organismen, is dit een probleem, omdat dit zou kunnen betekenen dat de lading van de cel (de eiwitten die zijn gemaakt door de door warmte geïnduceerde DNA-activering) eerder dan bedoeld wordt vrijgegeven.

Om dit te bestrijden, ontwikkelde het team een ​​nieuwe methode om de losjes gebonden DNA -strengen te halen. Ze hebben de nanodeeltjes in een gel ingebed en een elektrisch veld aangebracht. Omdat DNA zeer elektrisch geladen is, bewogen de losjes gebonden strengen zich weg van de deeltjes, waardoor alleen strengen op hun plaats achterbleven die stevig waren bevestigd.

Deze nieuwe techniek verminderde de hoeveelheid “lekkende” DNA met 90%, berekenden de onderzoekers.

De onderzoekers legden uit dat zowel de verwarming als de magnetische veldsterkte op niveaus veilig waren voor mensen. Deze gelokaliseerde verwarming van een magnetisch nanodeeltje, geactiveerd door een afwisselend magnetisch veld, wordt al gebruikt om glioblastomen (een soort hersenkanker) te behandelen.

Eerste auteur Ellen Parkes, een Ph.D. Student aan de Universiteit van Oxford zei: “Ons bewijs van principe opent de mogelijkheid om een ​​reeds klinisch goedgekeurde therapie voor het doden van kankercellen te hergebruiken door het gebruik van afwisselende magnetische velden te gebruiken om medicijnen alleen in het doelgebied in het lichaam te maken en vrij te geven.

“De aanpak, met behulp van synthetische cellen, is veelzijdig en zal verschillende geneesmiddelen mogelijk maken die zich richten op een reeks kankers.