Forskare vid Oregon State University och Oregon Health &Science University har skapat nya nanomaterial som kan passera cellmembran, etablera en ny plattform för intracellulär leverans av molekylära läkemedel och annan last.
Forskarna undersökte hur man ställer in storleken, form och morfologi för material som kallas cellpenetrerande självmonterande peptidnanomaterial, eller CSPN:er.
De använde sekventiell ligering av peptidbyggstenar för att skapa CSPN:er som bildade distinkta former som liknade en borrkrona, och dessa "nanodrills" visade en stark förmåga att inkapsla gästmolekyler för terapi eller avbildning.
Resultaten publicerades i Journal of Controlled Release , och en provisorisk patentansökan har lämnats in till U.S. Patent and Trademark Office.
"CSPN representerar en ny modulär läkemedelsleveransplattform som kan programmeras in i utsökta strukturer genom sekvensspecifik finjustering av aminosyror, " sa motsvarande författare Gaurav Sahay, biträdande professor i farmaceutiska vetenskaper vid OSU/OHSU College of Pharmacy. "Finjusteringen av aminosyror gav mångsidiga egenskaper som flexibilitet, självmontering, högre läkemedelsbelastning, biologisk nedbrytbarhet och biokompatibilitet för effektiv intracellulär leverans av CSPN."
Sahay labbteam och samarbetspartners, inklusive forskare från OHSU School of Medicine och University of California San Diego, genererade fem olika CSPN, konjugera Tat-peptider till en (RADA)2-linker och lägga till olika antal fenylalaninrester.
"Vi valde (RADA)2 eftersom det innehåller alternerande aminosyror som stöter bort vatten och blandas med vatten; som gav egenskapen att självmontera, " sa första författaren Ashwani Narayana, postdoktor vid College of Pharmacy. "Vi demonstrerade övergången av sekundär struktur i dessa CSPN, vilket i sin tur spelade en viktig roll för självmontering och potential för läkemedelsleverans. Effektiviteten in vivo av dessa nanodrillar kommer att sträcka gränserna bortom intracellulär leverans."
CSPN:er med två, tre eller fyra fenylalaninrester självmonterade till nanoborrar som visar en grovt vriden, icke-tvinnad eller fintvinnad morfologi, respektive.
"Dessa nanodrillar hade en hög kapacitet att kapsla in hydrofoba gästmolekyler, " Narayana sa. "Särskilt de grovt vridna nanodrillarna visade högre internalisering och kunde lokalisera rapamycin i levern i en musmodell."
Rapamycin är en antifungal metabolit av Streptomyces hygroscopicus-bakterien och bland dess många egenskaper är förmågan att inducera autofagi – den reglerade, ordnad nedbrytning och återvinning av cellulära komponenter.
"Defekter i autofagi leder till ackumulering av giftiga material vid olika sjukdomstillstånd, allt från infektionssjukdomar till neurodegenerativa störningar, Sahay sa. "Dessa modulära CSPN kan vara en ny plattform för att leverera molekyler över biologiska barriärer som tros vara ogenomträngliga. Och små förändringar kan styra självmontering till otaliga definierade nanostrukturer, vilket gör dem till idealiska värdar för en rad olika molekyler."
