Vähk: "Arukas narkootikumide kohaletoimetamine" on teel
Uued uuringud sillutavad teed vähiravimite viimisele kasvajatesse sellise täpsusega, mida pole kunagi varem nähtud.
Uus "intelligentne ravimite kohaletoimetamise" süsteem kasutab nanokapslit, mis vabastab oma ravimikoormuse alles siis, kui ta kohtab kahte kasvaja signaali õiges järjestuses.
„Põhimõtet tõendav“ paber - see on nüüd ajakirjas avaldatud Keemiateadus - kirjeldab, kuidas süsteem toimis edukalt vastusena kasvajate sees esinevate kahe seisundi järjestusele.
Esimene tingimus oli happesuse tõus üle kindla künnise ja teine oli aine nimega glutatioon, mille tase on teatud tüüpi kasvaja puhul kõrgem.
Nende kahe tingimuse täitmine - täpselt selles järjekorras - annab nanokapslile teada, et see siseneb "mitmeastmelisse tuumori mikrokeskkonda", põhjustades sellega ravimi koormuse vabanemist. Kui see vastab ainult ühele tingimusele või vastab neile vastupidises järjekorras, ei vabasta see ravimit.
Vanemuuringu autor Wei-Hong Zhu, Shanghai Ida-Hiina teadus- ja tehnoloogiaülikooli keemiaprofessor ja tema meeskond testisid süsteemi kõigepealt laborirakkudes ja seejärel elusates hiirtes.
Uue põlvkonna ravimid
Nanokapsel vabastab unikaalsed fluorestsentsmarkerid - üks, kui see vastab esimesele tingimusele, ja teine, teine, kui see vastab teisele tingimusele, mis tähendab, et ravimi kohaletoimetamise edenemist saab täpselt jälgida, kui see juhtub.
See avab võimaluse süsteemi täpsema diagnostika jaoks kasutada „nutika fluorestsentsandurina“.
Prof. Zhu ütleb, et tema ja ta kolleegid usuvad, et uuringud toovad kaasa "uue põlvkonna ravimid", mida saab programmeerida konkreetsetele stiimulitele loogiliselt reageerima.
Üks põhjus, miks nende uus süsteem viib narkootikumide edastamise teisele tasemele, on see, et see kasutab ravimi vabastamise käivitamiseks "järjestuspõhist JA loogikat", mitte VÕI loogikat.
VÕI loogikat kasutav manustamissüsteem vabastab ravimi, kui see vastab kummalegi tingimusele, millele see on programmeeritud reageerima.
Seevastu järjestuspõhise JA loogika abil vabastab süsteem ravimi ainult siis, kui mõlemad tingimused on täidetud õiges järjestuses.
Teadlased väidavad, et selline lähenemisviis kaitseb ravimit paremini "hävitava keskkonna ja soovimatu koostoime eest" ning tagab vabanemise täpsema käivitamise "vajaduse korral".
Kuidas see töötab
Ehkki seda on mugav kirjeldada ravimi manustamissüsteemi kui "ravimikoormust ümbritsevat nanokapslit", ei toimi see siiski rangelt.
Süsteem koosneb tegelikult kolmest osast koosnevatest pikkadest molekulidest. Esimene annab fluorestsentssignaali, teine on eelravim ja kolmas on pikk "polümeersaba". Eelravim metaboliseerub vabanemisel vähiravimiks.
See reageerib "ülitundlikult" pH või happesuse muutustele. Ja kui see liigub vereringest (kus happesus on madalam) kasvaja keskkonda (kus happesus on suurem), tunnetab see pH langust.
Kui pH on kõrgem kui programmeeritud künnis, moodustavad pikad molekulid kuju, mida nimetatakse mitselliks. See sarnaneb keraga, mille välisküljel on kõik polümeersabad ja keskel fluorestseerivad üksused. Selles moodustises on fluorestsentssignaal summutatud.
Kuid kui mitsell satub keskkonda, kus pH langeb alla teatud künnise, toimub moodustumine lahti ja pikad molekulid lastakse lahti.
Esimene asi, mis juhtub, on see, et fluorestsentssignaali enam ei summutata ja see on tuvastatav. See näitab, et AND-loogika esimene tingimus (pH langus) on täidetud.
Pikkade molekulide vabanemine võimaldab teisel tingimusel, kui see on täidetud, mõju avaldada. Sellisel juhul katkestab kokkupuude glutatiooniga seose pika molekuli ja eelravimi vahel. Pärast selle käivitamist on eelravimil vaba metabolism aktiivseks vähivastaseks ravimiks.
Kaks fluorestseeruvat signaali
Eelravimi kaotamine tähendab, et pikk molekul muutub lühemaks, põhjustades fluorestsentssignaali “värvi” või lainepikkuse nihke - mida veel eraldatakse - “rohelisest lillakaspunaseks”. See annab märku, et AND-loogika teine tingimus on õiges järjestuses täidetud.
Autorid märgivad, et see kahe lainepikkusega fluorestsents muudab süsteemi "sobivaks reaalajas kolmemõõtmelise biopildi tegemiseks", mis võib olla "võimas vahend haiguse täpseks diagnostikaks, eriti kahtlaste kahjustuste korral".
Kui meeskond katsetas süsteemi rakkudes ja elusates hiirtes, avastas ta, et sellel on "suurepärane mitmeastmeline kasvaja sihtimisvõime". Hiirtel näitas see ka "kasvajavastase toime märkimisväärset suurenemist […] peaaegu tuumori hävitamist".
"See loogikataju nanoandur pakub prototüüpi in vivo intelligentsete biosensoorsete sondide väljatöötamiseks täpsete programmeeritavate ravimite kohaletoimetamise süsteemide jaoks."
Prof Wei-Hong Zhu
