Med riktade läkemedels- och genterapier, att hitta målcellerna är bara halva striden. När dessa medel når cellens yta, de måste fortfarande gå in och göra sitt jobb.

Forskare från University of Illinois säger att de nu vet hur man spårar och kartlägger fordon för läkemedels- och genleverans för att utvärdera vilka som är mest effektiva för att infiltrera celler och nå sina mål, insikt som kan vägleda utvecklingen av nya läkemedelsmedel. Forskarna beskrev deras spårningssystem och deras resultat på de mest effektiva leveransfordonen i journalen Naturkommunikation .

Genterapier har visat lovande i cellodling och djurstudier men har varit mindre effektiva i kliniska prövningar, sa studieledaren Andrew Smith, professor i bioteknik vid U. av I. Denna klass av läkemedel, kallas biologics, skiljer sig från traditionella läkemedel genom att de måste kopplas till specialiserade leveransagenter, såsom nanopartiklar eller proteiner, för att nå sina avsedda cellulära mål.

Deras brist på effekt beror på deras svårigheter att nå mål inom celler, och hindren som hindrar dem är dåligt förstådda, Smith sa.

"Vi har dessa riktigt bra modeller som berättar hur klassiska droger fungerar, men det finns ingen modell som fungerar för dessa nya biologer som måste ha någon ytterligare mekanism för att leverera till celler. Detta har varit en viktig sak som saknas i farmaceutisk medicin, "Sade Smith." Om vi ​​inte förstår problemets mekanismer, vi kan inte lösa det. Nu kan vi ta reda på varför det händer och ta reda på hur vi kan övervinna de viktigaste flaskhalsarna, vilket aldrig har varit möjligt. "

Smiths grupp kombinerade två bildverktyg för att spåra och mäta hur olika leveransmedel kom in i cancerceller hos människor och mus. Forskarna använde enkelmolekylbildning, vilket gör att de kan observera enskilda molekyler över tid, och kvantprickar, som fungerar som små fyrar inuti cellerna. Detta gjorde att forskarna kunde se, räkna och spåra alla leveransagenter som kom in i cellen.

De fann att molekyler som är mycket laddade är skickliga på att komma in i celler men misslyckas med att nå sina avsedda mål en gång inuti.

"DNA är verkligen laddat, vilket är olyckligt, för det är en av de viktigaste sakerna människor försöker leverera till celler, "Smith sa." Vi ser att det håller fast vid allt och inte når målet. "

Dock, molekyler som är helt balanserade i laddningen - en klass som kallas zwitterioner - diffunderar genom cellen och kan få tillgång till alla dess maskiner.

"Det ger oss några designregler för bättre sätt att leverera gener och proteiner till celler. Vi bör undvika vissa funktioner och prioritera andra-särskilt högstabilitet och zwitterjoniska ytor, "Smith sa." Alla som arbetar inom detta område nu kan använda denna spårningsteknik för att analysera nya typer av leveransagenter. Vi tittade bara på en handfull celltyper i vår studie, med fokus på cancer, men dessa verktyg kan utvärdera alla nya agenter som är utvecklade för vilken celltyp som helst. Du behöver bara ett optiskt mikroskop av hög kvalitet, och alla större forskningsinstitut har dem. "

Studien använde "tomma" leveransmedel - de utan terapeutisk last kopplad - så nästa steg är att använda systemet för att spåra agenterna som faktiskt levererar läkemedel eller gener och observera mekanismerna längs varje steg i läkemedelsleveransvägen, Smith sa.

"Vi kommer närmare att lösa problemet med cellleverans. Detta har varit något som begränsat medicin och genterapi i ett sekel, "sa Smith, som också är professor vid Carle Illinois College of Medicine. "Jag tror att förmågan att spåra och analysera leverans i celler kommer att vara ett enormt uppsving för läkemedelsindustrin när den utvecklar dessa typer av terapier."