Rak: Na putu je 'inteligentna dostava lijekova'
Novo istraživanje utire put do isporuke lijekova protiv raka u tumore s razinom preciznosti koja nikada prije nije viđena.
Novi sustav "inteligentne isporuke lijekova" koristi nanokapsulu koja će isprazniti svoj lijek samo kad naiđe na dva tumorska signala u ispravnom slijedu.
Rad s „dokazom principa“ - sada objavljen u časopisu Kemijska znanost - opisuje kako se sustav uspješno izvodio kao odgovor na niz od dva stanja koja se javljaju unutar tumora.
Prvi je uvjet bio porast kiselosti preko određenog praga, a drugi prisutnost tvari nazvane glutation, čija je razina viša u određenim vrstama tumora.
Udovoljavanje ova dva uvjeta - upravo tim redoslijedom - obavještava nanokapsulu da ulazi u „višestepeno mikrookolje tumora“, uzrokujući da oslobodi svoj lijek. Ako ispunjava samo jedan uvjet ili ih ispunjava obrnutim redoslijedom, ne oslobađa lijek.
Viši autor studije Wei-Hong Zhu, profesor kemije na Istočnokineskom sveučilištu za znanost i tehnologiju u Šangaju, i njegov tim testirali su sustav prvo u laboratorijskim stanicama, a zatim na živim miševima.
'Nova generacija lijekova'
Nanokapsula oslobađa jedinstvene fluorescentne markere - jedan kada ispunjava prvi uvjet, a drugi, drugi kada ispunjava drugi - što znači da se napredak u isporuci lijeka može točno pratiti kako se dogodi.
To otvara mogućnost korištenja sustava kao "pametnog fluorescentnog senzora" za precizniju dijagnostiku.
Prof. Zhu kaže da on i njegove kolege vjeruju da će istraživanje dovesti do "nove generacije lijekova" koja se može programirati da logično reagira na određene podražaje.
Jedan od razloga što njihov novi sustav isporuku lijekova podiže na drugu razinu je zato što koristi „logiku utemeljenu na slijedu I”, a ne ILI logiku da pokreće oslobađanje lijeka.
Sustav za isporuku koji koristi ILI logiku oslobađa lijek kada ispunjava bilo koji od uvjeta na koje je programiran da reagira.
S logikom zasnovanom na slijedu, s druge strane, sustav oslobađa lijek samo kada su oba uvjeta zadovoljena u pravom slijedu.
Znanstvenici sugeriraju da ovaj pristup bolje štiti lijek od "destruktivnog okruženja i neželjenih interakcija" i osigurava točnije pokretanje oslobađanja "po potrebi".
Kako radi
Iako je prikladno opisati sustav isporuke lijekova kao "nanokapsulu koja zatvara lijek", to nije točno kako djeluje.
Sustav se zapravo sastoji od dugih molekula sastavljenih od tri dijela. Prva daje fluorescentni signal, druga je "predlijek", a treća je dugački "polimerni rep". Prolijek se metabolizira u lijek protiv raka kada se oslobodi.
Reagira "ultra osjetljivo" na promjene pH ili kiselosti. A kad se premjesti iz krvotoka (gdje je kiselost niža) u tumorsko okruženje (gdje je kiselost veća), osjeti pad pH.
Iako je pH viši od programiranog praga, duge molekule tvore oblik koji se naziva "micela". To nalikuje kugli, sa svim polimernim repovima izvana i fluorescentnim jedinicama u središtu. U ovoj formaciji fluorescentni signal je potisnut.
Ali kada micela uđe u sredinu u kojoj pH padne ispod određenog praga, formacija se poništava i duge molekule se puštaju.
Prvo što se dogodi je da se fluorescentni signal više neće potiskivati i moći će se otkriti. To ukazuje da je ispunjen prvi uvjet logike AND (pad pH).
Oslobađanje dugih molekula omogućuje da drugi uvjet, kad je ispunjen, ima učinak. U ovom slučaju, izloženost glutationu prekida vezu između duge molekule i predlijeka. Jednom pokrenut, predlijek se može slobodno metabolizirati u aktivni lijek protiv raka.
Dva fluorescentna signala
Gubitak predlijeka znači da duga molekula postaje kraća, uzrokujući pomak u "boji" ili valnoj duljini fluorescentnog signala - koji se još uvijek emitira - "od zelene do ljubičasto-crvene". To signalizira da je drugi uvjet logike AND zadovoljen u pravom slijedu.
Autori napominju da ova fluorescencija dvovalne duljine čini sustav "prikladnim za provođenje trodimenzionalne bio-slike u stvarnom vremenu", koja može biti "moćan alat za preciznu dijagnostiku bolesti, posebno za sumnjive lezije".
Kada je tim testirao sustav u stanicama i na živim miševima, otkrio je da pokazuje "izvrsnu sposobnost višestepenog ciljanja tumora". U miševa je također pokazao "značajno poboljšanje antitumorske aktivnosti […] gotovo uništavajući tumor."
"Ova nanosonda smisla za logiku pruža prototip za razvoj in vivo inteligentnih sondi za biosenzibilnost za precizne programibilne sustave za isporuku lijekova."
Prof. Wei-Hong Zhu
