Καρκίνος: Η «έξυπνη παράδοση ναρκωτικών» βρίσκεται σε εξέλιξη
Νέα έρευνα ανοίγει το δρόμο για τη διανομή αντικαρκινικών φαρμάκων σε όγκους με επίπεδο ακρίβειας που δεν έχει ξαναδεί.
Το νέο σύστημα «έξυπνης διανομής φαρμάκων» χρησιμοποιεί μια νανοκάψουλα που θα εκφορτώσει το φορτίο του φαρμάκου μόνο όταν συναντά δύο σήματα όγκου στη σωστή σειρά.
Ένα έγγραφο «απόδειξης αρχής» - τώρα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Χημική Επιστήμη - περιγράφει την απόδοση του συστήματος με επιτυχία σε μια ακολουθία δύο καταστάσεων που συμβαίνουν εντός όγκων.
Η πρώτη κατάσταση ήταν η αύξηση της οξύτητας σε ένα συγκεκριμένο όριο και η δεύτερη ήταν η παρουσία μιας ουσίας που ονομάζεται γλουταθειόνη, τα επίπεδα της οποίας είναι υψηλότερα σε ορισμένους τύπους όγκων.
Η εκπλήρωση αυτών των δύο συνθηκών - με αυτήν την ακριβή σειρά - ενημερώνει τη νανοκάψουλα ότι εισέρχεται σε ένα "μικροπεριβάλλον πολλαπλών σταδίων", προκαλώντας την απελευθέρωση του φορτίου του φαρμάκου. Εάν πληροί μόνο μία προϋπόθεση ή τις αντιστρέφει με αντίστροφη σειρά, δεν απελευθερώνει το φάρμακο.
Ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης Wei-Hong Zhu, καθηγητής χημείας στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Ανατολικής Κίνας στη Σαγκάη, και η ομάδα του δοκίμασε το σύστημα πρώτα σε εργαστηριακά κύτταρα και μετά σε ζωντανά ποντίκια.
«Νέα γενιά ναρκωτικών»
Η νανοκάψουλα απελευθερώνει μοναδικούς δείκτες φθορισμού - ένας όταν πληροί την πρώτη κατάσταση και άλλος, διαφορετικός όταν πληροί τη δεύτερη - πράγμα που σημαίνει ότι η πρόοδος της παράδοσης φαρμάκων μπορεί να παρακολουθηθεί με ακρίβεια καθώς συμβαίνει.
Αυτό ανοίγει τη δυνατότητα χρήσης του συστήματος ως «έξυπνου αισθητήρα φθορισμού» για πιο ακριβή διαγνωστικά.
Ο καθηγητής Zhu λέει ότι αυτός και οι συνάδελφοί του πιστεύουν ότι η έρευνα θα οδηγήσει σε μια «νέα γενιά ναρκωτικών» που μπορεί να προγραμματιστεί ώστε να ανταποκρίνεται σε συγκεκριμένα ερεθίσματα με λογικό τρόπο.
Ένας από τους λόγους για τους οποίους το νέο σύστημά τους μεταφέρει την παράδοση ναρκωτικών σε άλλο επίπεδο είναι επειδή χρησιμοποιεί "λογική AND ακολουθούμενη από αλληλουχία" και όχι λογική OR για να προκαλέσει απελευθέρωση φαρμάκων.
Ένα σύστημα παράδοσης που χρησιμοποιεί λογική OR απελευθερώνει το φάρμακο όταν πληροί οποιαδήποτε από τις προϋποθέσεις στις οποίες έχει προγραμματιστεί να ανταποκριθεί.
Με τη λογική AND που βασίζεται στην ακολουθία, από την άλλη πλευρά, το σύστημα απελευθερώνει το φάρμακο μόνο όταν πληρούνται και οι δύο συνθήκες στη σωστή σειρά.
Οι επιστήμονες προτείνουν ότι αυτή η προσέγγιση προστατεύει καλύτερα το φάρμακο από «καταστρεπτικά περιβάλλοντα και ανεπιθύμητες αλληλεπιδράσεις» και διασφαλίζει την ακριβέστερη ενεργοποίηση της απελευθέρωσης «όταν χρειάζεται».
Πως δουλεύει
Αν και είναι βολικό να περιγράψουμε το σύστημα παράδοσης φαρμάκων ως «νανοκάψουλα που περικλείει ένα φορτίο φαρμάκου», αυτό δεν είναι αυστηρά πώς λειτουργεί.
Το σύστημα περιλαμβάνει πραγματικά μακρά μόρια που αποτελούνται από τρία μέρη. Το πρώτο εκπέμπει ένα σήμα φθορισμού, το δεύτερο είναι ένα «προφάρμακο» και το τρίτο είναι μια μακρά «ουρά πολυμερούς». Το προφάρμακο μεταβολίζεται στο αντικαρκινικό φάρμακο όταν απελευθερώνεται.
Ανταποκρίνεται «εξαιρετικά ευαίσθητα» σε αλλαγές στο pH ή την οξύτητα. Και όταν μετακινείται από την κυκλοφορία του αίματος (όπου η οξύτητα είναι χαμηλότερη) στο περιβάλλον του όγκου (όπου η οξύτητα είναι υψηλότερη), αισθάνεται την πτώση του pH.
Ενώ το pH είναι υψηλότερο από το προγραμματισμένο κατώφλι, τα μακρά μόρια σχηματίζουν ένα σχήμα που ονομάζεται «μικύλλιο». Αυτό μοιάζει με μια σφαίρα, με όλες τις ουρές του πολυμερούς στο εξωτερικό και τις φθορίζουσες μονάδες στο κέντρο. Σε αυτόν τον σχηματισμό, το σήμα φθορισμού καταστέλλεται.
Αλλά όταν το μικύλλιο εισέρχεται σε ένα περιβάλλον στο οποίο το ρΗ πέφτει κάτω από ένα ορισμένο κατώφλι, ο σχηματισμός αναιρείται και τα μακρά μόρια αφήνονται χαλαρά.
Το πρώτο πράγμα που συμβαίνει είναι ότι το σήμα φθορισμού δεν θα καταστέλλεται πλέον και μπορεί να ανιχνευθεί. Δείχνει ότι πληρούται η πρώτη συνθήκη της λογικής AND (πτώση του pH).
Η απελευθέρωση των μακρών μορίων επιτρέπει στη δεύτερη κατάσταση, όταν πληρούται, να έχει αποτέλεσμα. Σε αυτήν την περίπτωση, η έκθεση σε γλουταθειόνη αποτρέπει τη σύνδεση μεταξύ του μακρού μορίου και του προφαρμάκου. Μόλις ξεκινήσει, το προφάρμακο είναι στη συνέχεια ελεύθερο να μεταβολιστεί στο ενεργό αντικαρκινικό φάρμακο.
Δύο σήματα φθορισμού
Η απώλεια του προφαρμάκου σημαίνει ότι το μακρύ μόριο γίνεται μικρότερο, προκαλώντας μετατόπιση στο "χρώμα" ή στο μήκος κύματος, του σήματος φθορισμού - το οποίο εξακολουθεί να εκπέμπεται - "από πράσινο σε μοβ-κόκκινο". Αυτό σηματοδοτεί ότι η δεύτερη συνθήκη της λογικής AND έχει ικανοποιηθεί με τη σωστή σειρά.
Οι συγγραφείς σημειώνουν ότι αυτός ο φθορισμός διπλού μήκους κύματος καθιστά το σύστημα «κατάλληλο για εκτέλεση τρισδιάστατης βιο-απεικόνισης σε πραγματικό χρόνο», το οποίο μπορεί να είναι ένα «ισχυρό εργαλείο για ακριβή διαγνωστικά ασθενειών, ειδικά για ύποπτες βλάβες».
Όταν η ομάδα δοκίμασε το σύστημα σε κύτταρα και σε ζωντανά ποντίκια, ανακάλυψε ότι παρουσίασε «εξαιρετική ικανότητα στόχευσης πολλαπλών σταδίων». Στα ποντίκια, έδειξε επίσης «σημαντική αύξηση της αντικαρκινικής δραστηριότητας […] σχεδόν εξάλειψη του όγκου».
"Αυτό το νανο-μπουφάν αίσθησης λογικής παρέχει ένα πρωτότυπο στην ανάπτυξη έξυπνων ανιχνευτών βιοαισθητήρα in vivo για ακριβή προγραμματιζόμενα συστήματα διανομής φαρμάκων."
Καθ. Wei-Hong Zhu
