Forskare vid Ohio State University arbetar med ett nytt sätt att behandla läkemedelsresistent cancer som de gamla grekerna skulle godkänna-bara det är inte en trojansk häst, men DNA som döljer den invaderande kraften.

I detta fall, invaderande kraft är ett vanligt cancerläkemedel.

I laboratorietester, leukemiceller som hade blivit resistenta mot läkemedlet absorberade det och dog när läkemedlet gömdes i en kapsel gjord av hopfällt DNA.

Tidigare, andra forskargrupper har använt samma förpackningsteknik, känd som "DNA origami, "för att förhindra läkemedelsresistens i solida tumörer. Detta är första gången som forskare har visat att samma teknik fungerar på läkemedelsresistenta leukemiceller.

Forskarna har sedan dess börjat testa kapseln hos möss, och hoppas kunna gå vidare till mänskliga cancerförsök inom några år. Deras tidiga resultat visas i tidningen Små .

Studien involverade en preklinisk modell av akut myeloid leukemi (AML) som har utvecklat resistens mot läkemedlet daunorubicin. Specifikt, när molekyler av daunorubicin kommer in i en AML -cell, cellen känner igen dem och pumpar tillbaka dem genom öppningar i cellväggen. Det är en motståndsmekanism som studerar medförfattare John Byrd från Ohio State University Wexner Medical Center jämfört med sumppumpar som drar vatten från en källare.

Han och Carlos Castro, biträdande professor i maskinteknik, leda ett samarbete som fokuserar på att dölja daunorubicin inuti en slags molekylär trojansk häst som kan kringgå pumparna så att de inte kan mata ut läkemedlet från cellen.

"Cancerceller har nya sätt att motstå läkemedel, som dessa pumpar, och den spännande delen av förpackningen av läkemedlet på detta sätt är att vi kan kringgå dessa försvar så att läkemedlet ackumuleras i cancercellen och får det att dö, "sa Byrd, professor i internmedicin och chef för avdelningen för hematologi. "Potentiellt, Vi kan också skräddarsy dessa strukturer så att de levererar läkemedel selektivt till cancerceller och inte till andra delar av kroppen där de kan orsaka biverkningar. "

"DNA -origami -nanostrukturer har stor potential för läkemedelsleverans, inte bara för att göra effektiva läkemedelsleveransfordon, men möjliggör nya sätt att studera läkemedelsleverans. Till exempel, vi kan variera formen eller den mekaniska styvheten hos en struktur mycket exakt och se hur det påverkar inträdet i celler, "sa Castro, chef för laboratoriet för nanoteknik och biodesign.

I tester, forskarna fann att AML -celler, som tidigare visat resistens mot daunorubicin, effektivt absorberade läkemedelsmolekyler när de gömdes inuti små stavformade kapslar gjorda av DNA. Under mikroskopet, forskarna spårade kapslarna inuti cellerna med fluorescerande taggar.

Varje kapsel är cirka 15 nanometer bred och 100 nanometer lång - cirka 100 gånger mindre än cancercellerna den är utformad för att infiltrera. Med fyra ihåliga, öppna innerfack, det ser mindre ut som ett piller som en människa skulle svälja och mer som ett avlångt block.

Postdoktor Christopher Lucas sa att designen maximerar den yta som är tillgänglig för att bära läkemedlet. "Hur daunorubicin fungerar är att det fastnar i cancercellens DNA och förhindrar att det replikerar. Så vi konstruerade en kapselstruktur som skulle ha massor av tillgängliga DNA-baspar för att den skulle kunna fastna i. När kapseln bryts ner, läkemedelsmolekylerna frigörs för att översvämma cellen. "

Castros team utformade kapslarna för att vara starka och stabila, så att de inte helt sönderfaller och släpper ut huvuddelen av drogerna förrän det var för sent för cellen att spotta ut dem igen.

Och det var vad de såg med ett fluorescensmikroskop - cellerna drog kapslarna in i organellerna som normalt skulle smälta dem, om de var mat. När kapslarna gick sönder, drogerna översvämmade cellerna och fick dem att gå sönder. De flesta celler dog inom de första 15 timmarna efter att de tagit kapslarna.

Detta arbete är den första ansträngningen för ingenjörerna i Castros laboratorium att utveckla en medicinsk applikation för de DNA -origamistrukturer som de har byggt.

Även om DNA stereotypiskt kallas livets byggstenar, "ingenjörer använder idag naturligt och syntetiskt DNA som bokstavliga byggstenar för mekaniska anordningar. Tidigare har Ohio State -ingenjörerna skapade små gångjärn och kolvar av DNA.

Som Castro påpekade, DNA är en polymer - om än en naturligt förekommande - och han och hans kollegor formar den till små enheter, verktyg eller behållare genom att utnyttja de fysiska interaktionerna mellan baserna som utgör polymerkedjan. De bygger kedjor av DNA -sekvenser som naturligt kommer att locka och binda med varandra på vissa sätt, så att de långa polymererna automatiskt fälls ihop, eller "självmontera, "i användbara former.

När det gäller denna DNA -trojanska häst, forskarna använde genomet för en vanlig bakteriofag, ett virus som infekterar bakterier, och syntetiska trådar som utformats för att fälla ihop bakteriofag -DNA:t. Även om den uppvikta formen utför en funktion, själva DNA:t inte, förklarade Patrick Halley, en civilingenjörsexamen som gör detta arbete för att ta sin magisterexamen.

"En av de svåraste sakerna att komma över när du introducerar denna teknik för människor är att DNA -kapseln inte gör någonting förutom att hålla en form. Det är bara en statisk, styv struktur som bär saker. Det kodar inte några proteiner eller gör något annat som vi normalt tror att DNA gör, Sa Halley.

I linje med idén om tillverkning av DNA -origami, Castro sa att han hoppas kunna skapa en strömlinjeformad och ekonomiskt livskraftig process för att bygga kapslarna - och även andra former - som en del av ett modulärt system för läkemedelsleverans.

Byrd sa att tekniken potentiellt borde fungera på de flesta former av läkemedelsresistent cancer om ytterligare arbete visar att den effektivt kan översättas till djurmodeller, även om han slutade med att föreslå att det skulle fungera mot patogener som bakterier, där mekanismerna för läkemedelsresistens kan vara olika.