En ny metod för behandling av cancer och andra sjukdomar som använder en mekaniskt sammankopplad molekyl som en "magisk kula" har utformats av forskare vid University of Birmingham.

Kallas rotaxaner, molekylerna är små nanoskala strukturer som liknar en hantel med en ring fångad runt den centrala stolpen. Forskare har experimenterat med rotaxaner baserade på tunna, trådliknande centrala inlägg under ett antal år, men denna nya design använder istället en mycket större cylindrisk formad supramolekylär "helikat" -molekyl-cirka 2 nm lång och 1 nm bred-som har en anmärkningsvärd förmåga att binda Y-formade korsningar eller gafflar i DNA och RNA.

Dessa gafflar skapas när DNA replikerar och, i laboratorietester, Birmingham -forskarna har visat att när de binder till korsningarna, cylindermolekylerna kan stoppa cancerceller, bakterier och virus från reproducering.

För att få kontroll över den bindningen, teamet från universitetets kemiskolor och biovetenskaper, samarbetat med forskare i Wuhan, i Kina, och Marseille, i Frankrike, för att lösa utmaningen att identifiera en ringstruktur som är tillräckligt stor för att passa runt denna centrala cylindermolekyl. De har nu visat att en gigantisk pumpformad molekyl, kallas en cucurbit [10] uril) kan vara värd för cylindern. När ringen är närvarande, rotaxanmolekylen kan inte binda.

För att förhindra att cylindern glider ur den pumpformade ringen, forskarna lade till grenar i varje ände av cylindern. De demonstrerade att cylindern sedan blir mekaniskt låst inuti ringen och att de kan använda detta för att styra hur den supramolekylära cylindern interagerar med RNA och DNA.

Resultaten, publicerad i Journal of the American Chemical Society , visa inte bara hur dessa komplexa molekyler kan produceras enkelt och effektivt, men också hur antalet grenar kan användas för att reglera den hastighet med vilken cylindern kan fly från den pumpformade ringen-från snabbt till inte alls.Detta möjliggör tidsstyrning av gaffeligenkänningen och därmed den biologiska aktiviteten.

Ledande forskare, Professor Mike Hannon, förklarar:"Detta är ett riktigt lovande nytt tillvägagångssätt som utnyttjar robust och beprövad kemi på ett helt nytt sätt som har potential för riktad behandling av cancer och andra sjukdomar.

"Vår strategi är mycket annorlunda än ledande cancerläkemedel som vanligtvis påverkar alla celler i kroppen, inte bara cancercellerna. Rotaxanmolekylen håller löftet att, genom att slå på och av den efter behov, det kan specifikt rikta in och hämma cancerceller med hög noggrannhet. "

University of Birmingham Enterprise har en inlämnad patentansökan som täcker strukturen och utformningen av dessa nya rotaxaner, och teamet har redan börjat arbeta med att utforska en mängd olika applikationer för tillvägagångssättet.