(Phys.org) – Ett tvärvetenskapligt team av forskare från UCLA och Stanford University har använt en naturligt förekommande nanopartikel som kallas ett valv för att skapa ett nytt system för läkemedelstillförsel som kan leda till framsteg i behandlingen av cancer och HIV.

Forskargruppen leddes av Dr Leonard Rome, biträdande direktör för UCLAs California NanoSystems Institute, och Dr Jerome Zack, meddirektör för UCLA AIDS Institute, som båda också är medlemmar i UCLA:s Jonsson Comprehensive Cancer Center. Co-första författare på studien var Daniel Buehler, en postdoktor vid UCLA och Matthew Marsden, adjungerad adjunkt vid institutionen för medicin och medlem av AIDS-institutet.

Deras resultat kan leda till cancerbehandlingar som är mer effektiva med mindre doser och till terapier som potentiellt skulle kunna utrota HIV-viruset.

Tidningen är omslagsberättelsen till den tryckta upplagan av tidskriften ACSNano den 26 augusti, och den publicerades nyligen på nätet.

Rom och hans dåvarande postdoktorand Nancy Kedersha upptäckte valv på 1980-talet. De naturligt förekommande nanopartiklarna uppgår till tusentals inuti var och en av våra celler. En nanopartikel är en liten substans, i detta fall konstruerad av proteiner, som mäts i nanometer (1 nanometer är lika med 1 miljarddels meter).

Över åren, Rom och hans medarbetare upptäckte hur man skapar valv i laboratoriet med hjälp av de proteiner som de består av. Naturligt förekommande valv innehöll andra element, men Roms team byggde tomma, vilket så småningom gjorde det möjligt för dem att fortsätta idén att sätta in läkemedelsmolekyler inuti så att de kunde injiceras i en patient och dirigeras till specifika celler, där de skulle släppa ut drogerna.

Roms nästa mål var att förbättra befintliga kemoterapiläkemedel, som dödar cancerceller, men också orsaka biverkningar eftersom de är giftiga för frisk vävnad också. Rom och hans team ansåg att användning av valv för att leverera läkemedel direkt till cancercellerna skulle eliminera läkemedlens kontakt med friska celler och skulle avsevärt minska behandlingens biverkningar. Detta koncept har ännu inte bevisats hos människor, men forskarna är nu närmare kliniska prövningar av valvleveransteknologi.

Ett annat mål var hiv/aids, som de senaste åren har gått från att vara en dödsdom till en kronisk sjukdom i takt med att antiretrovirala drogcocktails har förbättrats. Dock, för personer med hiv/aids, hälsovård kräver fortfarande att de tar drogerna för livet, på grund av ett fenomen som kallas provirus latens i cellulära reservoarer.

Detta innebär att trots virusmängden, eller blodnivåer, av hiv som reduceras till oupptäckbara nivåer av drogerna, latent (inaktivt) virus ackumuleras fortfarande inuti celler i fickor som kallas cellulära reservoarer. Eftersom HIV-läkemedel bara kan påverka aktiva virus, dessa reservoarer av latent virus överlever läkemedelsbehandling. När antiretrovirala läkemedel sätts ut, det latenta viruset aktiveras, öka virusmängden och i huvudsak återuppväcka HIV-infektionen.

Utmaningen för Zack och Marsden var hur man skulle ta itu med de latenta hiv-cellsreservoarerna, som förhindrar att hiv utrotas hos behandlade patienter. Forskarna fann att ett sätt att eliminera reservoarerna var att aktivera den latenta HIV, gör den mottaglig för antivirala läkemedel. De visste att ett läkemedel som heter bryostatin 1 aktiverade latent HIV i laboratoriet, men tanken på att ge det till patienter var problematisk på grund av dess toxiska biverkningar.

Zack och Marsden behövde ett sätt att leverera läkemedlet och samtidigt minimera biverkningar, vilket gör den till en perfekt kandidat för valvleverans.

Rom och Buehler biokonstruerade ett valv med en speciell lipofil kärna, som binder lipider och därigenom skapar en miljö som gör att föreningar som bryostatin 1 kan laddas in i valven. med Zack, Marsden och Paul Wender vid Stanford University, de visade att valvet kunde hålla bryostatin 1 och frigöra det när det levereras till celler som innehåller de latenta HIV-reservoarerna. Teamet fullföljer ytterligare studier för att föra valvladdade aktivatorer av latent virus närmare kliniska tester.

"Eftersom latent virus inte går att behandla, latenta reservoarer är det främsta hindret för att bota HIV just nu, sa Zack, som också är professor i medicin och mikrobiologi, immunologi och molekylär genetik. "Om vi ​​kan aktivera det latenta viruset, i princip att slå på den, vi kan behandla det och utrota det, på så sätt botar patienten från HIV-infektion."

"Dessa experiment visar den nya förmågan hos dessa valv att inkapsla terapeutiska föreningar upp till mer än 2, 000 molekyler per enda valv, sa Rom, också professor i biokemi vid UCLA. "Och just dessa valv kan helt internalisera sin last, lägga till ett extra lager av skydd för friska celler."