Hur kan ett mycket effektivt läkemedel transporteras till den exakta platsen i kroppen där det behövs? I journalen Angewandte Chemie , kemister vid Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU) tillsammans med kollegor i Aachen presenterar en lösning med hjälp av en molekylär bur som öppnas genom ultraljud.

Supramolekylär kemi innebär att molekyler organiseras i större, strukturer av högre ordning. När lämpliga byggstenar väljs, dessa system "monteras själv" från sina individuella komponenter.

Vissa supramolekylära föreningar är väl lämpade för "värd-gästkemi." I sådana fall, en värdstruktur omsluter en gästmolekyl och kan skydda, skydda och transportera den bort från miljön. Detta är ett specialområde för Dr. Bernd M. Schmidt och hans forskargrupp vid Institute of Organic and Macromolecular Chemistry vid HHU.

Kemisterna i Düsseldorf samarbetade med kollegor från DWI Leibniz Institute for Interactive Materials för att hitta ett system som kanske en dag kan transportera lastmolekyler genom människokroppen och släppa ut läkemedlet på önskad plats.

Lösningen kan vara att använda diskreta "Pd6 (TPT) 4 burar." Dessa är oktaedriska burliknande sammansättningar, bärande polymerkedjor på varje hörn. De består av fyra triangulära paneler, palladiumatomer och anslutande enheter.

När de enskilda komponenterna tillsätts till en vattenlösning i rätt förhållande, burarna monteras själv. Om mindre, hydrofoba molekyler läggs till burarna, de kommer in i hålrummen. Forskarna demonstrerade denna effekt med hjälp av farmaceutiskt aktiva molekyler, som ibuprofen och progesteron.

"Det speciella tricket med vårt system innebär de förutbestämda bristningspunkterna, "förklarar Dr Schmidt, sista författaren till studien. "Palladiumatomerna håller alla föreningar med en jämförelsevis svag bindning. När du lyckas bryta atomerna ur föreningen, hela den oktaedriska strukturen bryts sönder. "

För att bryta banden, forskarna i Aachen använder kraftfull ultraljud liknande den som används medicinskt för att bryta ner njursten, till exempel. I vatten, ultraljudet skapar kavitationsbubblor som spricker och utövar enorm mekanisk skjuvkraft på de långa polymerkedjorna. Krafterna är så kraftfulla att palladiumatomerna faktiskt slits från hörnen och därmed spränger den oktaedriska buren. De små läkemedelsmolekylerna agiteras i processen men skadas inte.

Dr Robert Göstl (DWI) säger:"Loca
ultraljudsstrålning av vävnaden som ska behandlas kan innebära att läkemedlet som transporteras i buren senare frigörs på den exakta platsen där behandlingen behövs. "Läkemedelsmolekylerna som används i studien fungerar bara som exempel. I princip är ett stort antal olika hydrofoba molekyler kan packas i buren. Till skillnad från andra beskrivna värd-gästsystem, det är inte nödvändigt att ändra läkemedelsmolekylerna kemiskt för att få dem i buren. "För att behandla tumörer, det skulle vara möjligt att använda cytostatika som last, till exempel. Genom att släppa dem direkt på platsen för en fast tumör, det kan vara möjligt att ha kemoterapi som använder mycket mindre av läkemedlet och därmed har mindre biverkningar, "förklarar Schmidt.

Detta stöds av det faktum att den definierade lastvolymen gör det möjligt att mäta exakt hur mycket av läkemedlet som släpps ut på målplatsen. "Den administrerade dosen kan till och med beräknas exakt."

Studien är ett bevis på koncept som visade genomförbarheten av tillvägagångssättet. Det övertygade också granskare och utgivare av tidskriften Angewandte Chemie , som bedömde publikationen som mycket viktig. Arbetet, som klassificeras som "Hot Paper, "kommer också att finnas på omslaget till det kommande numret.

"Nästa steg innebär att bestämma hur riktiga celler reagerar på våra burar. Innan någon medicinsk användning, vi måste se till att de inte är giftiga. "