Neue Methode zur präzisen Verabreichung von Therapeutika in den Körper

Ultraschallgesteuerte Nanomaterialien können eine hochpräzise Zufuhr von Proteinen in Zellen ermöglichen

24.04.2020 - USA

Ein neuer Weg, therapeutische Proteine in den Körper zu bringen, nutzt einen akustisch empfindlichen Träger, um die Proteine einzukapseln, und Ultraschall, um die Verpackung abzubilden und an den genauen Ort zu führen, der nach Ansicht der Forscher aus Penn State erforderlich ist. Der Ultraschall bricht dann die Kapsel auf, so dass das Protein in die Zelle eindringen kann.

"Wenn man das Partikel dem Ultraschall aussetzt, öffnet es ein Loch in der Zellmembran, das einige Mikrosekunden lang hält", sagte Scott Medina, Assistenzprofessor für biomedizinische Technik an der Penn State University. "Wir können diese vorübergehende Öffnung nutzen, um Antikörper zuzuführen, die in der Präzisionsmedizin attraktive therapeutische Moleküle sind, die sonst nicht in die Zellen gelangen können.

Diese Antikörper seien neue Therapeutika für Krebs, Infektionskrankheiten und rheumatoide Arthritis, sagte er.

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Aber es war nicht einfach, das Protein in den Nanopartikelträger zu bekommen, weshalb andere Forscher auf komplizierte und oft schlecht funktionierende Methoden zurückgreifen mussten, wie zum Beispiel das Anbringen der Ladung an der Außenseite der Nanopartikel, was zu einer ineffizienten Proteinfreisetzung und einer nicht zielgerichteten Abgabe führte.

Die Herausforderung bei der neuen Methode bestand darin, dass das Protein keine Wechselwirkung mit dem Inneren des Partikels eingehen wollte, das aus einer flüssigen Flüssigkeit besteht, ähnlich wie flüssiges Teflon. Medinas Doktorandin, Janna Sloand, entwickelte eine kreative Arbeit - eine Fluoreszenzmaske. Diese chemischen Masken haben ein Gegengewicht von Polarität und Fluorgehalt, das es dem Protein erlaubt, mit dem flüssigen fluoren Medium zu interagieren und gleichzeitig den gefalteten Zustand und die Bioaktivität des Proteins aufrechtzuerhalten.

"Wir hatten viele Herausforderungen bei der Entwicklung dieser neuen Methode", sagte Sloand, Erstautor des kürzlich in ACS Nano veröffentlichten Papiers. "Am schwierigsten war es herauszufinden, welche Art von Chemikalien das Protein maskieren können. Das war definitiv mein Heureka-Moment, als ich sah, dass es funktionierte.

In künftigen Arbeiten wird das Team die Verwendung ihres ultraschallprogrammierbaren Materials als Plattform für die bildgesteuerte Abgabe von therapeutischen Proteinen und Werkzeugen zur Genbearbeitung untersuchen.

In verwandten therapeutischen Anwendungen setzen sie diese Technologie ein, um Antikörper zu liefern, die abnorme Signalwege in Tumorzellen so verändern können, dass sie ihre bösartigen Eigenschaften wirksam 'abschalten'. In anderen Arbeiten liefern sie Werkzeuge zur Genbearbeitung, wie z.B. CRISPR-Konstrukte, um ultraschallgesteuerte Genomtechnik von Zellen in komplexen 3D-Gewebemikroumgebungen zu ermöglichen.

Wichtig ist, dass diese Anwendungen alle mit Ultraschalltechniken durchgeführt werden können, die bereits in Krankenhäusern eingesetzt werden, was hoffentlich eine schnelle Umsetzung dieser Technologie für eine präzise Gesundheitsversorgung ermöglichen wird.

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