Das lästige Ausbuchtungen eines überdrehten Telefonkabel, dass die Reichweite verkürzen und Begrenzung eines Anrufers Bewegung erklären helfen, warum Medikamenten, den sogenannten Camptothecine sind so wirksam bei der Abtötung von Krebszellen, so die Ermittler von Mary-Ann Bjornsti, Ph.D. geleitet, bei St. Jude Kinder-Research Hospital und Nynke Dekker, Ph.D., am Delft Technische Universität.
Mit nanoskaligen magnetischen Pinzette (Nanopinzetten) zeigten die Forscher, dass ein Camptothecin Medikament namens Topotecan Krebszellen abtötet, indem verhindert ein Enzym namens DNA-Topoisomerase I aus Abwickeln Doppelstrang-DNA in die Zellen. Stattdessen wird die DNA wird gesperrt in engen Wendungen genannt supercoils, die Beule aus der Seite des überdrehten DNA-Molekül ähnlich wie die Ausbuchtungen in einer überdrehten Telefonkabel. Wenn diese supercoils und reichern sich anhalten, während die Zelle versucht, die beiden Stränge der DNA, um exakte Kopien der Chromosomen während der Zellteilung zu trennen, werden die Zellen sterben.
In diesem First-of-its-kind Studie verwendeten die Forscher die Nanopinzetten auf Veränderungen in der Länge eines einzelnen DNA-Moleküls durch die Wirkung eines einzelnen Topoisomerase-I-Enzym verursacht zu überwachen. Sie benutzten auch die Nanopinzetten zu untersuchen, wie die Bindung eines einzigen Topotecan Molekül, dieses Enzym-DNA-Komplex verändert DNA Abwickeln.
Basierend auf den Ergebnissen dieser Studien entwickelten die Forscher die supercoil Theorie, um das Medikament in der Lage, Krebszellen zu töten und dann getestet, dass die Theorie in Hefezellen zu erklären. Sie folgerten, dass die Anhäufung von DNA Supercoiling die Zellen mit Hilfe eines neu entdeckten biophysikalischen Mechanismus tötet. Ihre Ergebnisse bieten auch Einblicke in die Droge Aktion, die Wissenschaftler in der klinischen Entwicklung dieser Wirkstoffe helfen könnte. Diese Arbeit erscheint in der Zeitschrift Nature.
"Dies ist das erste Mal, dass die Werkzeuge der Nanotechnologie haben dazu beigetragen, Wissenschaftler entwickeln eine biologische Hypothese, dass anschließend von followup Experimente in einem lebenden Organismus getestet wurde", sagte Bjornsti, ein Mitglied des St. Jude Department of Molecular Pharmacology.
Dekker und ihre Kollegen in Delft Technische Universität entwickelt das magnetische Pinzette für Studien in der Biophysik und passte die Technik, um die aktuelle Studie über die Wirkung von Topotecan auf Topoisomerase I in Zusammenarbeit mit Bjornsti der Forschungsgruppe.