Rakovina: „Inteligentné podávanie liekov“ je na ceste
Nový výskum otvára cestu k dodávaniu protirakovinových liekov do nádorov s takou presnosťou, aká tu ešte nebola.
Nový systém „inteligentného podávania liekov“ používa nanokapsule, ktoré vybijú svoju dávku liečiva iba vtedy, keď narazia na dva nádorové signály v správnom poradí.
Príspevok „proof-of-princip“ - teraz uverejnený v časopise Chemická veda - popisuje, ako systém úspešne fungoval v reakcii na postupnosť dvoch stavov, ktoré sa vyskytujú vo vnútri nádorov.
Prvou podmienkou bolo zvýšenie kyslosti nad konkrétnym prahom a druhou bola prítomnosť látky zvanej glutatión, ktorej hladiny sú u určitých typov nádorov vyššie.
Splnenie týchto dvoch podmienok - v tomto presnom poradí - informuje nanokapsule o tom, že vstupuje do „viacstupňového mikroprostredia nádoru“, čo spôsobí uvoľnenie dávky liečiva. Ak spĺňa iba jednu podmienku alebo ich spĺňa v opačnom poradí, neuvoľňuje drogu.
Hlavný autor štúdie Wei-Hong Zhu, profesor chémie na East China University of Science and Technology v Šanghaji, a jeho tím testovali systém najskôr v laboratórnych bunkách a potom na živých myšiach.
„Nová generácia liekov“
Nanokapsule uvoľňuje jedinečné fluorescenčné markery - jeden, keď spĺňa prvú podmienku, a druhý, iný, keď spĺňa druhú podmienku - čo znamená, že postup pri podávaní lieku je možné presne sledovať.
To otvára možnosť použitia systému ako „inteligentného fluorescenčného senzora“ na presnejšiu diagnostiku.
Prof. Zhu hovorí, že on a jeho kolegovia veria, že výskum povedie k „novej generácii liekov“, ktorú je možné naprogramovať tak, aby logicky reagovala na konkrétne podnety.
Jedným z dôvodov, prečo ich nový systém posúva dodávku liekov na inú úroveň, je ten, že na spustenie uvoľňovania používa „logiku A založenú na sekvenciách“ a nie logiku ALEBO.
Zavádzací systém, ktorý používa logiku ALEBO, uvoľní drogu, keď splní niektorú z podmienok, na ktoré je naprogramovaný.
Na druhej strane s logikou AND založenou na sekvenciách systém uvoľňuje liek iba vtedy, keď sú splnené obe podmienky v správnom poradí.
Vedci tvrdia, že tento prístup lepšie chráni liek pred „deštruktívnym prostredím a nežiaducimi interakciami“ a zaisťuje presnejšie spustenie uvoľňovania „v prípade potreby“.
Ako to funguje
Aj keď je vhodné opísať systém podávania liekov ako „nanokapsule obklopujúcu dávku drogy“, nie je to tak, ako to funguje.
Systém v skutočnosti pozostáva z dlhých molekúl zložených z troch častí. Prvý vydáva fluorescenčný signál, druhý je „proliečivo“ a tretí je dlhý „polymérny chvost“. Keď sa proliečivo uvoľní, metabolizuje na protirakovinové liečivo.
Reaguje „veľmi citlivo“ na zmeny pH alebo kyslosti. A keď sa presunie z krvi (kde je kyslosť nižšia) do prostredia nádoru (kde je kyslosť vyššia), zaznamená pokles pH.
Zatiaľ čo pH je vyššie ako programovaný prah, dlhé molekuly vytvárajú tvar, ktorý sa nazýva „micela“. To pripomína guľu so všetkými polymérnymi zvyškami zvonka a fluorescenčnými jednotkami v strede. V tejto formácii je fluorescenčný signál potlačený.
Ale keď micela vstúpi do prostredia, v ktorom pH klesne pod určitú hranicu, tvorba sa zruší a dlhé molekuly sa uvoľnia.
Prvá vec, ktorá sa stane, je, že fluorescenčný signál už nebude potlačený a bude ho možné detekovať. Znamená to, že prvá podmienka logiky AND (pokles pH) bola splnená.
Uvoľnenie dlhých molekúl umožňuje, aby mala druhá podmienka účinok. V tomto prípade expozícia glutatiónu prerušuje spojenie medzi dlhou molekulou a proliečivom. Po uvedení na trh je potom proliečivo voľne metabolizované na aktívne protirakovinové liečivo.
Dva fluorescenčné signály
Strata proliečiva znamená, že dlhá molekula sa skracuje, čo spôsobí posun „farby“ alebo vlnovej dĺžky fluorescenčného signálu - ktorý sa stále emituje - „zo zelenej na fialovočervenú“. To signalizuje, že druhá podmienka logiky AND bola splnená v správnom poradí.
Autori poznamenávajú, že vďaka tejto dvojvlnovej fluorescencii je systém „vhodný na vykonávanie trojrozmerného bioobrazovania v reálnom čase“, čo môže byť „silným nástrojom na presnú diagnostiku chorôb, najmä pri podozrivých léziách“.
Keď tím testoval systém v bunkách a na živých myšiach, zistil, že vykazuje „vynikajúcu viacstupňovú schopnosť zacielenia na nádor“. U myší tiež preukázalo „významné zvýšenie protinádorovej aktivity [...] takmer vyhubenie nádoru“.
„Táto logická nanopróba predstavuje prototyp vývoja inteligentných sond na biosenzovanie in vivo pre presné programovateľné systémy dodávania liekov.“
Prof. Wei-Hong Zhu
