Cancer: „Livrarea inteligentă de medicamente” este pe drum
Noile cercetări deschid calea către administrarea de medicamente anticanceroase în tumori cu un nivel de precizie nemaivăzut până acum.
Noul sistem de „livrare inteligentă de medicamente” folosește o nanocapsulă care își va descărca încărcătura de medicament doar atunci când întâlnește două semnale tumorale în secvența corectă.
O lucrare „dovadă de principiu” - publicată acum în jurnal Științe chimice - descrie modul în care sistemul a funcționat cu succes ca răspuns la o succesiune de două afecțiuni care apar în interiorul tumorilor.
Prima condiție a fost creșterea acidității peste un anumit prag, iar a doua a fost prezența unei substanțe numite glutation, ale cărei niveluri sunt mai mari în anumite tipuri de tumori.
Îndeplinirea acestor două condiții - în această ordine exactă - informează nanocapsula că intră într-un „micro-mediu tumoral cu mai multe etape”, determinându-i să elibereze încărcătura de medicamente. Dacă îndeplinește doar o condiție sau le îndeplinește în ordine inversă, nu eliberează medicamentul.
Autorul principal al studiului Wei-Hong Zhu, profesor de chimie la Universitatea de Știință și Tehnologie din China de Est din Shanghai, și echipa sa au testat sistemul mai întâi în celule de laborator și apoi la șoareci vii.
„Noua generație de droguri”
Nanocapsula eliberează markeri fluorescenți unici - unul atunci când îndeplinește prima condiție și altul, diferit atunci când îndeplinește a doua - ceea ce înseamnă că progresul livrării medicamentului poate fi urmărit cu precizie pe măsură ce se întâmplă.
Acest lucru deschide posibilitatea utilizării sistemului ca „senzor fluorescent inteligent” pentru diagnosticarea mai precisă.
Prof. Zhu spune că el și colegii săi consideră că cercetarea va duce la o „nouă generație de medicamente” care poate fi programată pentru a răspunde la stimuli specifici într-un mod logic.
Unul dintre motivele pentru care noul lor sistem duce la livrarea medicamentului la un alt nivel se datorează faptului că folosește „logică AND bazată pe secvențe” și nu logică SAU pentru a declanșa eliberarea medicamentului.
Un sistem de livrare care folosește logica SA eliberează medicamentul atunci când îndeplinește oricare dintre condițiile la care este programat să răspundă.
Cu logica AND bazată pe secvență, pe de altă parte, sistemul eliberează medicamentul numai atunci când ambele condiții sunt îndeplinite în secvența potrivită.
Oamenii de știință sugerează că această abordare protejează mai bine medicamentul de „medii distructive și interacțiuni nedorite” și asigură declanșarea mai precisă a eliberării „atunci când este necesar”.
Cum functioneaza
Deși este convenabil să descrieți sistemul de administrare a medicamentelor ca o „nanocapsulă care cuprinde o încărcătură de medicamente”, acesta nu este strict modul în care funcționează.
Sistemul cuprinde de fapt molecule lungi formate din trei părți. Primul emite un semnal fluorescent, al doilea este un „promedicament”, iar al treilea este o „coadă polimerică” lungă. Promedicamentul se metabolizează în medicamentul anticancer atunci când este eliberat.
Răspunde „ultra-sensibil” la schimbările de pH sau aciditate. Și când se deplasează de la fluxul sanguin (unde aciditatea este mai mică) la mediul tumoral (unde aciditatea este mai mare), se simte scăderea pH-ului.
În timp ce pH-ul este mai mare decât pragul programat, moleculele lungi formează o formă numită „micelă”. Aceasta seamănă cu o sferă, cu toate cozile de polimer în exterior și unitățile fluorescente în centru. În această formațiune, semnalul fluorescent este suprimat.
Dar când micela intră într-un mediu în care pH-ul scade sub un anumit prag, formația se anulează și moleculele lungi sunt eliberate.
Primul lucru care se întâmplă este că semnalul fluorescent nu va mai fi suprimat și poate fi detectat. Acesta indică faptul că prima condiție a logicii AND (scăderea pH-ului) a fost îndeplinită.
Eliberarea moleculelor lungi permite ca a doua condiție, atunci când este îndeplinită, să aibă un efect. În acest caz, expunerea la glutation elimină legătura dintre molecula lungă și promedicament. Odată lansat, promedicamentul este apoi liber să se metabolizeze în medicamentul anticancer activ.
Două semnale fluorescente
Pierderea promedicamentului înseamnă că molecula lungă devine mai scurtă, provocând o schimbare a „culorii” sau lungimii de undă a semnalului fluorescent - care încă este emis - „de la verde la roșu-violet”. Acest lucru semnalează că a doua condiție a logicii AND a fost îndeplinită în ordinea corectă.
Autorii remarcă faptul că această fluorescență cu lungime de undă dublă face ca sistemul să fie „potrivit pentru efectuarea de bioimagini tridimensionale în timp real”, care poate fi un „instrument puternic pentru diagnosticarea precisă a bolii, în special pentru leziunile suspecte”.
Când echipa a testat sistemul în celule și la șoareci vii, a descoperit că prezenta „o capacitate excelentă de direcționare a tumorilor în mai multe etape”. La șoareci, a arătat, de asemenea, „o îmbunătățire semnificativă a activității antitumorale […] aproape eradicând tumora”.
„Această nanoprobă logică oferă un prototip dezvoltării sondelor inteligente de biosensare in vivo pentru sisteme precise de livrare a medicamentelor programabile”.
Prof. Wei-Hong Zhu
