(Phys.org) - University of Florida forskare har tagit ett steg närmare att behandla sjukdomar på cellnivå genom att skapa en liten partikel som kan programmeras för att stänga av den genetiska produktionslinjen som vevar ut sjukdomsrelaterade proteiner.
I laboratorietester, dessa nyskapade "nanorobotar" utrotade nästan hepatit C-virusinfektion. Partikelns programmerbara natur gör den potentiellt användbar mot sjukdomar som cancer och andra virusinfektioner.
Forskningsinsatsen, ledd av Y. Charles Cao, en UF-docent i kemi, och Dr Chen Liu, en professor i patologi och begåvad professur i gastrointestinal och leverforskning vid UF College of Medicine, beskrivs online denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences .
"Det här är en ny teknik som kan ha bred tillämpning eftersom den kan rikta sig mot i princip vilken gen vi vill ha, sa Liu. ”Det här öppnar dörren till nya områden så att vi kan testa många andra saker. Vi är exalterade över det."
Under de senaste fem decennierna, nanopartiklar - partiklar så små att tiotusentals av dem får plats på ett stift - har dykt upp som en hållbar grund för nya sätt att diagnostisera, övervaka och behandla sjukdomar. Nanopartikelbaserad teknik används redan i medicinska miljöer, såsom vid genetisk testning och för att lokalisera genetiska markörer för sjukdomar. Och flera relaterade terapier befinner sig i olika stadier av klinisk prövning.
Nanoterapins heliga gral är ett medel så utsökt selektivt att det bara kommer in i sjuka celler, riktar sig endast mot den specificerade sjukdomsprocessen inom dessa celler och lämnar friska celler oskadda.
För att visa hur detta kan fungera, Cao och kollegor, med finansiering från National Institutes of Health, Office of Naval Research och UF Research Opportunity Seed Fund, skapade och testade en partikel som riktar sig mot hepatit C-virus i levern och förhindrar viruset från att göra kopior av sig själv.
Hepatit C-infektion orsakar leverinflammation, vilket så småningom kan leda till ärrbildning och cirros. Sjukdomen överförs via kontakt med infekterat blod, oftast genom injektionsmissbruk, nålsticksskador i medicinska miljöer, och födelse till en infekterad mamma. Mer än 3 miljoner människor i USA är smittade och cirka 17, 000 nya fall diagnostiseras varje år, enligt Centers for Disease Control and Prevention. Patienter kan gå många år utan symtom, som kan innefatta illamående, trötthet och bukbesvär.
Nuvarande hepatit C-behandlingar involverar användning av läkemedel som attackerar virusets replikeringsmaskineri. Men terapierna är bara delvis effektiva, i genomsnitt hjälper mindre än 50 procent av patienterna, enligt studier
publiceras i New England Journal of Medicine och andra tidskrifter. Biverkningar varierar kraftigt från en medicin till en annan, och kan inkludera influensaliknande symtom, anemi och ångest.
Cao och kollegor, inklusive doktoranden Soon Hye Yang och postdoktorala Zhongliang Wang, Hongyan Liu och Tie Wang, ville förbättra konceptet att störa det virala genetiska materialet på ett sätt som ökade terapieffektiviteten och minskade biverkningar.
Partikeln de skapade kan skräddarsys för att matcha det genetiska materialet för det önskade attackmålet, och att smyga in i celler obemärkt av kroppens medfödda försvarsmekanismer.
Identifiering av genetiskt material från potentiellt skadliga källor är grunden för viktiga behandlingar för ett antal sjukdomar, inklusive cancer, som är kopplade till produktionen av skadliga proteiner. Det har också potential att användas för att upptäcka och förstöra virus som används som biovapen.
Den nya virusförstöraren, kallas ett nanozym, har en ryggrad av små guldpartiklar och en yta med två biologiska huvudkomponenter. Den första biologiska delen är en typ av protein som kallas ett enzym som kan förstöra den genetiska receptbäraren, kallas mRNA, för att göra det sjukdomsrelaterade proteinet i fråga. Den andra komponenten är en stor molekyl som kallas en DNA-oligonukleotid som känner igen det genetiska materialet i målet som ska förstöras och instruerar dess granne, enzymet, att utföra dådet. Av sig själv, enzymet angriper inte selektivt hepatit C, men kombon gör susen.
"De förändrar sina egenskaper helt, sa Cao.
I laboratorietester, behandlingen ledde till nästan 100 procents minskning av nivåerna av hepatit C-virus. Dessutom, det utlöste inte kroppens försvarsmekanism, och det minskade risken för biverkningar. Fortfarande, ytterligare tester behövs för att fastställa tillvägagångens säkerhet.
Framtida terapier kan potentiellt vara i pillerform.
"Vi kan effektivt stoppa hepatit C-infektion om denna teknik kan vidareutvecklas för klinisk användning, " sa Liu, som är medlem i UF Shands Cancer Center.
UF nanopartikeldesignen tar inspiration från den Nobelprisbelönta upptäckten av en process i kroppen där en del av ett tvåkomponentskomplex förstör de genetiska instruktionerna för att tillverka protein, och den andra delen tjänar till att hålla borta kroppens immunförsvarsattacker. Detta komplex styr många naturligt förekommande processer i kroppen, så läkemedel som imiterar det har potential att kapa produktionen av proteiner som behövs för normal funktion. Den UF-utvecklade terapin lurar kroppen att acceptera det som en del av de normala processerna, men stör inte dessa processer.
"De har utvecklat en nanopartikel som efterliknar en komplex biologisk maskin - det är en ganska kraftfull sak, " sa nanopartikelexperten Dr. C. Shad Thaxton, en biträdande professor i urologi vid Feinberg School of Medicine vid Northwestern University och medgrundare av bioteknikföretaget AuraSense LLC, som inte var involverad i UF-studien. "Löftet om nanoteknik är extraordinärt. Det kommer att ha en verklig och betydande inverkan på hur vi utövar medicin.”
