Magnetische molekulare Maschinen liefern Medikamente an ungesunde Zellen

Magnetische molekulare Maschinen liefern Medikamente an ungesunde Zellen
Magnetische molekulare Maschinen liefern Medikamente an ungesunde Zellen
Anonim

Wissenschaftler des California NanoSystems Institute der UCLA und der koreanischen Yonsei University haben eine innovative Methode entwickelt, die es Nanomaschinen ermöglicht, Medikamente in lebenden Krebszellen freizusetzen, wenn sie aus der Ferne durch ein oszillierendes Magnetfeld aktiviert werden.

Das neue System - das erste, das eine Klasse poröser Nanomaterialien verwendet, die von einem Magnetkern angetrieben werden - hat das Potenzial, sowohl die gezielte Arzneimittelabgabe als auch die Magnetresonanztomographie bei der Behandlung von Krebs und anderen Krankheiten zu verbessern.

Die Forschung erscheint in der Juli-Ausgabe des Journal of the American Chemical Society.

In den letzten Jahren hat sich die Krebsforschung zunehmend auf die Entwicklung von Therapien konzentriert, die im Gegensatz zu einer Chemotherapie nur auf Krebszellen abzielen, während gesunde Zellen unversehrt bleiben. Zu diesem Zweck haben Wissenschaftler Nanomaschinen entwickelt, die als Reaktion auf einen Stimulus Arzneimittelmoleküle einfangen und aus Poren direkt in einzelne Krebszellen freisetzen können.

Obwohl viele Methoden entwickelt wurden, um zu kontrollieren, wie und wann Poren ihre Fracht laden und entladen, ist für therapeutische Anwendungen eine externe und nicht-invasive Aktivierungsmethode vorzuziehen, um die effektivsten Ergebnisse zu erzielen.

Die neue Methode, die von den Forschungsgruppen von Jeffrey Zink, einem UCLA-Professor für Chemie und Biochemie, und Jinwoo Cheon, einem Professor für Chemie an der koreanischen Yonsei-Universität, entwickelt wurde, verwendet ein Material, das ein Gerüst aus mesoporösen Silica-Nanopartikeln kombiniert mit magnetischen Zink-dotierten Eisenoxid-Nanokristallen, zusammen mit angebrachten Nanoventilen, die dazu beitragen, Arzneimittelmoleküle in den Poren zu h alten.Wenn ein Magnetfeld-Stimulus angelegt wird, öffnen sich die Ventile und setzen die Wirkstoffmoleküle aus den Poren in die Zielzellen frei.

"Die hydrophobe Beschaffenheit des Poreninneren sowie die Fähigkeit, die Kieselsäureoberfläche mit hydrophilen Funktionalitäten zu funktionalisieren, machen diese Partikel attraktiv für die Verabreichung von Antikrebsmedikamenten", sagte Zink. „Das Hinzufügen eines Magnetkerns zu den auf Siliziumdioxid basierenden Nanopartikeln ist für ihre potenziellen Anwendungen in der Magnetresonanztomographie von Interesse, da die Hinzufügung des Magnetkerns sie als Kontrastmittel nützlich machen könnte.“

Für diese Studie wurden Nanopartikel mit dem Krebsmedikament Doxorubicin in Brustkrebszellen eingeführt und von diesen endozytiert. Als die Krebszellen, die die Nanopartikel enthielten, dann einem oszillierenden Magnetfeld ausgesetzt wurden, trat der Zelltod ein.

"Die neuartigen Silica-Nanopartikel mit magnetischem Kern sind wirksam bei der Aktivierung von Nanoventilen, die Krebsmedikamente freisetzen, wenn sie einem oszillierenden Magnetfeld ausgesetzt werden", sagte Zink.

Die Magnetfeldoszillation bewirkt, dass sich die mit Zink dotierten Eisenoxid-Nanokristalle erhitzen. Diese erhöhte Hitze bewirkt, dass die molekularen Maschinen aktiviert werden und das Doxorubicin in den Poren in die Zellen transportiert wird.

"Magnetische Nanokristalle sind wichtig für biomedizinische Anwendungen, da sie sowohl für Therapeutika als auch für die Bildgebung verwendet werden können", sagte Cheon, Direktor des National Creative Research Initiative Center for Evolutionary Nanoparticles und H.G. Underwood Professor of Chemistry und Abteilungsleiter das Nano-Medical National Core Research Center an der Yonsei University.

"Die Fähigkeit, Krebsmedikamente nur an die Krebszellen abzugeben, ohne gesunde Zellen zu beeinträchtigen, ist von entscheidender Bedeutung", fügte Cheon hinzu, der auch Gastprofessor am CNSI der UCLA ist.

Experimente für das Forschungsprojekt wurden von den UCLA-Doktoranden Courtney Thomas und Daniel Ferris und den Doktoranden der Yonsei University, Je-Hyun Lee und Eunsook Kim, durchgeführt, die Teil der Forschungsgruppe von Professor Jeon-Soo Shin sind.Das Forschungsteam umfasste auch Fraser Stoddard, einen Professor für Chemie an der Northwestern University, der seine Zusammenarbeit mit Zink begann, als er Professor für Chemie an der UCLA war. Während seiner Tätigkeit an der UCLA diente Stoddart als Fred-Kavli-Lehrstuhl für Nanosystemwissenschaften und Direktor des CNSI, Positionen, die jetzt von dem angesehenen Chemieprofessor Paul S. Weiss geh alten werden.

Der nächste Schritt in der Forschung wird darin bestehen, die Auswirkungen in vivo zu untersuchen und festzustellen, ob wir dies nutzen können, um eine genaue Kontrolle über den Ort der verabreichten Medikamente zu bieten. Das ultimative Ziel wäre es, dieses System so zu entwickeln, dass es bei der Behandlung von Krebspatienten anwendbar ist.

Die Forschung wurde von zahlreichen Quellen unterstützt, darunter das UC Toxic Substances Training and Research Program, die National Science Foundation, das NanoMedical National Core Research Center und das Creative Research Initiative Program of Korea.

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