Ingenieure entwickeln Krebs-Targeting-Nanosensoren

author
3 minutes, 54 seconds Read

Wissenschaftler an der University of California, Berkeley, haben intelligente Nanosonden entwickelt, die eines Tages im Kampf gegen Krebs eingesetzt werden können, um Tumorzellen selektiv zu suchen und zu zerstören sowie über den Status der Mission zu berichten.

Nanosonden

UC Berkeley Wissenschaftler entwerfen intelligente Nanosonden, genannt Nanocorals, um selektiv an Krebszellen zu binden, therapeutische Medikamente zu liefern und über die lokale molekulare Umgebung zu berichten. Eine Seite der nanocorals ist entworfen, um die Zelle selektiv anzuvisieren, während das andere eine aufgeraute Oberfläche hat, zum von verräterischen chemischen Partikeln in der Umwelt wahrzunehmen. (Benjamin Ross und Liz Wu, UC Berkeley)

Eine kleine Anzahl von Forschungsteams auf der ganzen Welt hat in den letzten 10 Jahren zielspezifische Nanosonden entwickelt, um den toxischen Tribut, den die Chemotherapie für die gesunden Zellen in der Nähe ihrer erkrankten Gegenstücke fordert, zu reduzieren und möglicherweise zu eliminieren.

Was jedoch fehlte, war ein Mechanismus, mit dem die Nanosonden nicht nur die Krebszelle finden, sondern auch Informationen weiterleiten konnten, sobald sie auf das Ziel einrasteten. Das UC Berkeley-Team hat solche multifunktionalen Sonden entwickelt, die sie Nanocorals genannt haben.

Die Entwicklung der neuen Nanocorals ist die Titelgeschichte für den Februar. 22 print-Ausgabe der Peer-Review-Zeitschrift Klein.

„Wenn Sie einen Satelliten in den Weltraum schicken, müssen Sie mehr als eine Sache tun. Es muss sein Ziel erreichen, seine Umgebung erkennen und mit der Bodenkontrolle kommunizieren „, sagte Luke Lee, ein angesehener Professor für Bioingenieurwesen an der UC Berkeley und Leiter des UC Berkeley-Teams, das den Nanocoral entwickelt hat. „Das Gleiche gilt für die molekulare Galaxie. Wir brauchen Sonden, die eine erkrankte Zelle finden, behandeln und uns über die lokale Umgebung informieren können, damit wir feststellen können, ob die Behandlung funktioniert. Die von uns erfundenen Nanokoralsonden sind ein wichtiger Schritt in diese Richtung.“

Die winzigen Sonden messen einige hundert Nanometer im Durchmesser — ein Tausendstel der Breite eines menschlichen Haares und ein Hundertstel der Größe der meisten Krebszellen. Die Erkenntnis des Teams bestand darin, verschiedene Materialien — aufgerauhtes Gold auf der einen und glattes Polystyrol auf der anderen Seite — auf einer einzigen Sonde zu kombinieren.

Der Name der neuen Sonde ist von natürlichen Meereskorallen inspiriert, die raue Oberflächen verwenden, um das Einfangen von Licht und Nahrungspartikeln zu verbessern.

„Wie natürliche Korallen ist die stark aufgeraute Nanokoraloberfläche so konzipiert, dass sie Moleküle in der Nähe der Sonden einfängt und ihre Anwesenheit an die Forscher zurückmeldet“, sagte Benjamin Ross, Doktorand im Applied Science and Technology Program der UC Berkeley und einer von zwei Co-Hauptautoren der Studie. „Die Art der Moleküle, die an der Zelloberfläche vorhanden sind — oder fehlen —, kann verräterische Anzeichen dafür liefern, wie eine Zelle auf das neue Medikament reagiert, das abgegeben wird.“

Die abfragende Seite des nanocoral beruht auf einer Technik, die Oberfläche-erhöhte Raman-Spektroskopie (SERS) genannt wird, die die elektromagnetischen Anregungen ausnutzt, die auftreten, während Moleküle mit der aufgerauten Oberfläche eines Metalls, wie Gold in Verbindung treten. Moleküle erzeugen Schwingungen, die bei Laserlicht mit Signaturfrequenzen mitschwingen und den Wissenschaftlern ihre Anwesenheit offenbaren.

Die Forscher überprüften die Empfindlichkeit des Nanokorals, indem sie seine Fähigkeit maßen, eine chemische Standardverbindung für die Raman-Spektroskopie nachzuweisen.

Um das nanocoral zu erhalten, um spezifische Zellen anzuvisieren, nutzten die Forscher die Fähigkeit, Antikörper zu den Polymeroberflächen zu befestigen.

„Wir können das Nanocoral auf Krebszellen von Interesse zuschneiden, indem wir die passenden Antikörper anbringen“, sagte der andere Co-Hauptautor der Studie, Liz Wu, der diese Forschung als Doktorand im angewandten Wissenschafts- und Technologieprogramm durchführte.

Die Forscher demonstrierten dieses Konzept, indem sie die Polystyrol-Oberfläche mit Antikörpern beschichteten, die den humanen epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor 2 (HER-2) angreifen, ein bekanntes Ziel für die Krebsbehandlung, da es oft in aggressiven Formen von Brustkrebs überexprimiert wird. Sie bestätigten mit Hellfeld und Leuchtstoffbildern, dass das nanocoral zu den Brustkrebszellen mit Empfängern HER-2 befestigte, während Kontrollexperimente zeigten, dass keine Schwergängigkeit auftrat, als verschiedene Antikörper oder als Zellen ohne HER-2 benutzt wurden.

„Wir sind noch in den frühen Stadien der Entwicklung, aber wir sind optimistisch, dass die nanocorals schließlich nützliche Diagnose- und Behandlungswerkzeuge für eine breite Palette von Krebsen werden,“ sagte Lee. „Dies wird es uns möglicherweise ermöglichen, nicht nur ein Medikament zu verabreichen, sondern auch die Reaktion in Echtzeit auf subzellulärer Ebene zu sehen.“

Ein weiterer Co-Autor der Studie ist SoonGweon Hong, UC Berkeley Doktorand in Bioengineering.

Das National Institutes of Health Nanomedicine Development Center für die optische Kontrolle der biologischen Funktion und die Defense Advanced Research Projects Agency halfen bei der Unterstützung dieser Forschung.

Similar Posts

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.