Traditionell genomisk, proteomiska och andra screeningmetoder som för närvarande används för att karakterisera läkemedelsmekanismer är tidskrävande och kräver speciell utrustning, men nu erbjuder forskare under ledning av kemisten Vincent Rotello vid University of Massachusetts Amherst en flerkanalig sensormetod som använder guldnanopartiklar som exakt kan profilera olika anticancerläkemedel och deras mekanismer på några minuter.

Som Rotello och hans doktorand Le Ngoc, en av huvudförfattarna, förklara, att upptäcka ett nytt läkemedel för någon sjukdom, forskare måste screena miljarder föreningar, vilket kan ta månader. En av nycklarna till att få ut ett nytt läkemedel på marknaden, de lägger till, är att identifiera hur det fungerar, dess kemiska mekanism. "Snabb bestämning av läkemedelsmekanismen skulle i hög grad effektivisera processen för upptäckt av läkemedel, öppna pipeline av nya terapier, " säger Ngoc.

Hon tillägger, "Droger med olika mekanismer orsakar förändringar i cellytan som kan avläsas med det nya sensorsystemet. Vi fann att varje läkemedelsmekanism genererade ett unikt mönster, och vi använde dessa cellytskillnader för att snabbt profilera olika läkemedelsmekanismer." Detaljer om detta arbete visas i det aktuella numret av Naturens nanoteknik .

För att påskynda drogscreeningen, forskargruppen, som förutom kemisterna inkluderar en UMass Amherst kognitionsvetare och en materialvetare från Imperial College, London, utvecklat en ny, signaturbaserad tillvägagångssätt med hjälp av ett guld nanopartikelsensorsystem och tre olika märkta proteiner efter färg:blå, grönt och rött. Att använda en konstruerad nanopartikel och tre fluorescerande proteiner ger "en trekanalssensor som kan tränas för att upptäcka subtila förändringar i cellytegenskaper, " konstaterar författarna.

Läkemedelsinducerade cellytförändringar gör att olika uppsättningar av fluorescerande proteiner tänds tillsammans, erbjuda mönster som identifierar specifika celldödsmekanismer. Den nya nanosensorn är generaliserbar till olika celltyper och kräver inga bearbetningssteg före analys. Så, den erbjuder en enkel, effektivt sätt att påskynda forskning inom läkemedelsupptäckt, toxikologi och cellbaserad avkänning, tillägger forskarna.

Viss signaturbaserad läkemedelsscreening med traditionella biomarkörer finns idag, men det kräver cellbearbetning i flera steg och specialutrustning, begränsar dess användbarhet påpekar författarna. Med sina tre kanaler, guld nanopartikelsensorplattform, Rotello och kollegor löser dessa utmaningar och förbättrar noggrannheten. Ytterligare, de säger, "den informationsrika produktionen tillåter bestämning av en kemoterapeutisk mekanism från en enda mätning, ge svar mycket snabbare (i minuter) än nuvarande metoder, med standard laboratorieinstrument."

Denna uppfinning kan ha en betydande potentiell inverkan på läkemedelsupptäcktens pipeline, säger Ngoc. "Sensorn kan inte bara profilera mekanismer för enskilda läkemedel utan också bestämma mekanismerna för läkemedelsblandningar, det är, drog "cocktails" som är ett framväxande verktyg med många terapier, " tillägger hon.

Rotello betonar, "Medan vi har god kunskap om enskilda droger, vi har fortfarande mycket att lära om kombinationsterapiernas mekanismer. Förutom drogscreening, enkelheten och snabbheten hos denna möjliggörande teknologi har löftet att avsevärt påskynda sökandet efter effektiva cancerbehandlingar, och ger ett steg framåt inom områden som toxikologi, där säkerheten för tusentals okategoriserade kemikalier behöver bedömas.

Forskarna påpekar att deras nya sensorsystem erbjuder "en potentiell väg framåt för toxikologi, tillhandahålla en gångbar metod för att klassificera tiotusentals kommersiella kemikalier för vilka inga data finns tillgängliga."