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La nuova piattaforma usa le nanoparticelle per consegnare l'agente anticancro alle celle

Gli scienziati dall'università di Cambridge hanno sviluppato una piattaforma che usa le nanoparticelle conosciute come le strutture metallorganiche per consegnare un agente anticancro di promessa alle celle.

La ricerca piombo dal Dott. David Fairen-Jimenez, dal dipartimento di Cambridge dell'ingegneria chimica e della biotecnologia, indica che le strutture metallorganiche (MOFs) potrebbero presentare una piattaforma possibile per la consegna dell'agente anticancro potente, conosciuta come siRNA, alle celle.

Il piccolo acido ribonucleico d'interferenza (siRNA), ha il potenziale di inibire i geni cancerogeni overexpressed e si è trasformato in in un fuoco aumentante per gli scienziati sulla caccia per i nuovi trattamenti del cancro.

Il gruppo di Fairen-Jimenez ha usato le simulazioni di calcolo per trovare un MOF con la dimensione perfetta del poro per portare una molecola del siRNA e quella ripartizione una volta dentro una cella, rilasciante il siRNA al suo obiettivo. I loro risultati sono stati pubblicati oggi in giornale della stampa delle cellule, chim.

Alcuni cancri possono accadere quando i geni specifici dentro le celle causano la sovrapproduzione delle proteine particolari. Un modo affrontare questo è di bloccare la via di espressione genica, limitante la produzione di queste proteine.

Le molecole di SiRNA possono fare appena che - legando alle molecole specifiche del messaggero del gene e distruggendole prima che possano dire la cella di produrre una proteina particolare. Questo trattamento è conosciuto come “colpo del gene„. Gli scienziati hanno cominciato a mettere a fuoco più sui siRNAs come terapie potenziali del cancro nell'ultima decade, poichè offrono una soluzione versatile al trattamento di malattia - tutta che dobbiate sapere è la sequenza del gene volete inibire e potete fare il siRNA corrispondente che lo romperà per scolarsi. Invece di progettazione, sintetizzando e provando le nuove droghe - un trattamento incredibilmente costoso e lungo - potete fare alcuni cambiamenti semplici alla molecola del siRNA e trattare una malattia interamente differente.

Uno dei problemi con usando i siRNAs per trattare la malattia è che le molecole sono molto instabili e spesso sono ripartite per i meccanismi di difesa naturale delle cellule prima che possano raggiungere i loro obiettivi. Le molecole di SiRNA possono essere modificate per renderli più stabili, ma questa compromette la loro capacità di abbattere i geni dell'obiettivo. È egualmente difficile da entrare le molecole nelle celle - devono essere trasportate in altro veicolo che fungono da agente di consegna.

I ricercatori di Cambridge hanno usato una nanoparticella speciale per proteggere e consegnare il siRNA alle celle, in cui mostrano la sua capacità di inibire un gene specifico dell'obiettivo.

Fairen-Jimenez piombo la ricerca sui materiali avanzati, con un'attenzione particolare su MOFs: composti dimontaggio 3D fatti delle particelle elementari metalliche ed organiche connesse insieme.

Ci sono migliaia di tipi differenti di MOFs che i ricercatori possono fare - là sono corrente più di 84.000 strutture di MOF nel database strutturale di Cambridge con 1000 nuove strutture pubblicate ogni mese - ed i loro beni possono essere sintonizzati per gli scopi specifici. Cambiando le componenti differenti della struttura di MOF, i ricercatori possono creare MOFs con differenti dimensioni del poro, le stabilità e le tossicità, permettendo loro di progettare le strutture che possono portare le molecole quali i siRNAs nelle celle senza effetti secondari nocivi.

Con la terapia tradizionale del cancro se state progettando le nuove droghe per trattare il sistema, questi possono avere comportamenti differenti, le geometrie, dimensioni ed in modo da avreste bisogno di un MOF che è ottimale per ciascuna di queste diverse droghe. Ma per siRNA, una volta che sviluppate un MOF che è utile, potete in linea di principio usare questo per un intervallo delle sequenze differenti del siRNA, trattante le malattie differenti.„

Dott. David Fairen-Jimenez, dipartimento di Cambridge di ingegneria chimica e di biotecnologia

“La gente di cui hanno fatto questo prima ha usato MOFs che non ha una porosità che fosse abbastanza grande incapsulare il siRNA, in modo da molto è probabile attaccata appena sull'esterno,„ dice Michelle Teplensky, ex studente di PhD nel gruppo di Fairen-Jimenez, che ha effettuato la ricerca. “Abbiamo usato un MOF che potrebbe incapsulare il siRNA e quando vi ha incapsulato per offrire la più protezione. Il MOF abbiamo scelto è fatto ad un di un vertice basato a zirconio del metallo ed abbiamo fatto molti studi che mostrano che lo zirconio è abbastanza inerte e non causa alcune emissioni della tossicità.„

Facendo uso che di un MOF biodegradabile per la consegna del siRNA è importante da evitare l'accumulazione indesiderata delle strutture una volta che hanno fatto il loro processo. Il MOF che Teplensky ed il gruppo hanno selezionato riparte nelle componenti inoffensive che sono riciclate facilmente dalla cella senza effetti secondari nocivi. La grande dimensione del poro egualmente significa che il gruppo può caricare una quantità significativa di siRNA in una singola molecola di MOF, tenente il dosaggio stato necessario per abbattere i geni molto bassi.

“Uno dei vantaggi di usando un MOF con tali grandi pori è che possiamo ottenere molto localizzata, dose elevata che altri sistemi richiederebbero,„ dice Teplensky. “SiRNA è molto potente, voi non ha bisogno di un gran quantità di ottenere la buona funzionalità. La dose stata necessaria è meno di 5% della porosità del MOF.„

Un problema con per mezzo di MOFs o di altri veicoli per portare le piccole molecole nelle celle è che sono fermate spesso dalle celle sul modo al loro obiettivo. Questo trattamento è conosciuto come intrappolamento endosomal ed è essenzialmente un meccanismo di difesa contro le componenti indesiderate che entrano nella cella. Il gruppo di Fairen-Jimenez ha aggiunto le componenti extra al loro MOF per fermarli che sono bloccati sul loro modo nella cella e con questo, potrebbe assicurarsi che il siRNA raggiungesse il suo obiettivo.

Il gruppo ha usato il loro sistema per abbattere un gene che produce le proteine fluorescenti nella cella, in modo da potevano usare i metodi della rappresentazione di microscopia per misurare come la fluorescenza emessa dalle proteine confrontate fra le celle non curate con il MOF e quelle che erano. Il gruppo ha usato la competenza interna, collaborante con i professor Clemens Kaminski e Gabi Kaminski-Schierle degli specialisti di microscopia di super-risoluzione, che egualmente piombo la ricerca nel dipartimento dell'ingegneria chimica e della biotecnologia.

Facendo uso della piattaforma di MOF, il gruppo poteva coerente impedire l'espressione genica da 27%, un livello che mostra la promessa per usando la tecnica per abbattere i geni del cancro.

Fairen-Jimenez crede che possano aumentare l'efficacia del sistema ed i punti seguenti saranno di applicare la piattaforma ai geni in questione nel causare i cosiddetti cancri difficili da trattare.

“Una delle domande che otteniamo chiesti molto è “perché volete usare una struttura metallorganica per la sanità? “, perché ci sono metalli in questione che potrebbero sondare nocivi all'organismo,„ dice Fairen-Jimenez. “Ma mettiamo a fuoco sulle malattie difficili quali i cancri difficili da trattare per cui non c'è stato miglioramento nel trattamento durante i 20 anni ultimi. Dobbiamo avere qualcosa che possa offrire una soluzione; appena gli anni extra di vita saranno molto benvenuti.„

La versatilità del sistema permetterà al gruppo di usare lo stesso MOF adattato per consegnare le sequenze differenti del siRNA e per mirare ai geni differenti. A causa della sua grande dimensione del poro, il MOF egualmente ha il potenziale di consegnare le droghe multiple immediatamente, aprendo l'opzione della terapia di combinazione.

La ricerca fa parte di più ampio progetto, costituito un fondo per dal EPRSC e dalla Commissione Europea, nei trattamenti per i cancri difficili da trattare.

Source:
Journal reference:

Teplensky, M.H. et al. (2019) A Highly Porous Metal-Organic Framework System to Deliver Payloads for Gene Knockdown. Chem. doi.org/10.1016/j.chempr.2019.08.015.