Peptider bildar spontant sfäriska eller maskliknande nanostrukturer som kan förvandlas eller brytas ned av enzymer som överuttrycks i cancerceller. Genom att kontrollera formen och laddningen av nanostrukturerna, forskare kan förutsäga hastigheten för enzyminteraktion som kan användas för kontrollerad frisättning av läkemedel. Kredit:Jiye Son, dök ursprungligen upp i ACS Nano uppkopplad.
Forskare har länge försökt utveckla läkemedelsterapier som kan diagnostisera mer exakt, inrikta och effektivt behandla livshotande sjukdomar som cancer, kardiovaskulära och autoimmuna sjukdomar. Ett lovande tillvägagångssätt är designen av morphable nanomaterial som kan cirkulera genom kroppen och ge diagnostisk information eller frigöra exakt riktade läkemedel som svar på sjukdomsmarkörenzymer. Tack vare en nypublicerad artikel från forskare vid Advanced Science Research Center (ASRC) vid Graduate Center vid City University of New York, Brooklyn College, och Hunter College, forskare har nu designvägledning som snabbt kan främja utvecklingen av sådana nanomaterial.
I tidningen, som visas online i tidskriften ACS Nano , forskare beskriver brett tillämpliga resultat från deras arbete för att karakterisera ett nanomaterial som förutsägbart, svarar specifikt och säkert när det känner av överuttryck av enzymmatrismetalloproteinas-9 (MMP-9). MMP-9 hjälper kroppen att bryta ner onödiga extracellulära material, men när nivåerna är för höga, det spelar en roll i utvecklingen av cancer och flera andra sjukdomar.
"Just nu, det finns inga tydliga regler för hur man optimerar nanomaterialen för att vara lyhörda för MMP-9 på förutsägbara sätt, sade Jiye Son, studiens huvudförfattare och en Graduate Center Ph.D. student som arbetar i ett av ASRC Nanoscience Initiative-labb. "Vårt arbete beskriver ett tillvägagångssätt som använder korta peptider för att skapa enzymkänsliga nanostrukturer som kan anpassas för att ta på sig specifika terapeutiska åtgärder, som att bara rikta in sig på tumörceller och aktivera läkemedelsfrisättning i närheten av dessa celler."
Forskare designade en modulär peptid som spontant sätts ihop till nanostrukturer, och förutsägbart och tillförlitligt omvandlas eller bryts ner till aminosyror när de kommer i kontakt med MMP-9-enzymet. De designade komponenterna inkluderar ett laddat segment av nanostrukturen för att underlätta dess avkänning och engagemang med enzymet; ett klyvbart segment av strukturen så att det kan låsa sig vid enzymet och bestämma hur det ska svara; och ett hydrofobt segment av strukturen för att underlätta självmontering av det terapeutiska svaret.
"Detta arbete är ett avgörande steg mot att skapa nya smarta läkemedelsleveransfordon och diagnostiska metoder med exakt inställbara egenskaper som kan förändra ansiktet på sjukdomsbehandling och hantering, " sa ASRC Nanoscience Initiative Director Rein Ulijn, vars labb leder arbetet. "Medan vi specifikt fokuserade på att skapa nanomaterial som kunde känna av och svara på MMP-9, komponenterna i vår designvägledning kan underlätta utvecklingen av nanomaterial som känner av och svarar på andra cellulära stimuli."
Bland andra framsteg, forskargruppens arbete bygger på deras tidigare resultat, som visade att aminosyrapeptider kan inkapslas och transformeras till fibrösa läkemedelsdepåer vid interaktion med MMP-9. Gruppen samarbetar med forskare vid Memorial Sloan Kettering och Brooklyn College för att använda sina resultat för att skapa en ny cancerterapi.
