Forskare från Hong Kong Baptist University (HKBU) visade design och syntes av ett smart globulärt makromolekylärt maskinfordon för aktivt kontrollerad leverans av cancerläkemedel som förbättrar läkemedlets effektivitet. Detta genombrott ger insikt i riktade terapimediciner som klorambucil vid behandling av leukemi. Pappret, med titeln "Higher Generation Type III-B Rotaxane Dendrimers with Controlling Particle Size in Three-Dimensionional Molecular Switching, "publicerades i Naturkommunikation .

Teamet rapporterade om en serie nya hypergrenade makromolekyler med, som mest, 15 mekaniska bindningar vid förgreningsenheten. Mekaniska bindningar är en ny och spännande klass av icke-kovalenta bindningar som liknar kända kedjor och krokar, till exempel. Dessa makromolekyler kan inducera en övergripande förlängningskontraktionsmolekylär rörelse via kollektiv och kontrollerbar molekylär fram och tillbaka, ger förmågan att inkapsla läkemedelsmolekyler och frigöra dem aktivt genom sura stimuli.

Dr Ken Leung, som ledde forskningen, sade att i den nuvarande leukemibehandlingen, läkemedel levereras för att döda leukemiceller som kan finnas i blodet och benmärgen. Mängden läkemedel som släpps ut för att döda de fritt flytande cancercellerna kan inte kontrolleras effektivt, dock. Han sa att de 15 mekaniska bindningarna liknar mekaniska armar som aktivt styr leverans och lämplig mängd läkemedel som släpps ut till riktade cancerceller.

Dr Leung tillade att detta smarta material kombinerar molekylära maskiner och dendrimerer med ett nytt genombrott i syntes samt kontrollerad och aktiv läkemedelsfrisättning. Med sin komplexitet och storlek, denna syntetiska molekyl liknar ett litet virus. På grund av den relativt låga toxiciteten hos detta smarta globulära molekylära fordon, det kan också fungera som en potentiellt idealisk långsiktig molekylär maskin för läkemedelsleverans i människokroppen. Molekylmassorna för dessa nya makromolekyler kännetecknades av masspektrometri, och deras kemiska strukturer och fysikaliska egenskaper verifierades också med superdatorsimuleringar.

Kwan Chak-shing, som slutförde syntesen av makromolekylerna, sa, "Synteserna av makromolekylära maskiner är komplicerade, medan de mellanliggande föreningarna kräver bildning av mekaniska bindningar följt av noggrann rening och karakterisering. Jag ser fram emot att se mer kreativt forskningsarbete utfört i HKBU. "

Molekylära maskiner monteras med molekylära motsvarigheter som reagerar på specifika stimuli (input) och producerar mekaniska rörelser (output). Rotaxane dendrimerer är molekylära sammankopplade molekyler som kombinerar hypergrenade makromolekyler med molekylära maskiner. Bland olika typer av rotaxandendrimer, typ III-B har den mest komplicerade molekylstrukturen och uppvisar de största förlängningskontraktionsegenskaperna. Genombrottet i syntesen och kontrollen av partikelstorleken hos högre generationens rotaxandendrimer kan ge forskare insikt att utveckla mer sofistikerade molekylära maskiner för funktionella material och nanoteknik, såsom leverans av läkemedel eller biomolekyler.