För att leverera läkemedelspartiklar till rätt plats i kroppen – ett område som kallas nanomedicin – spelar selektivitet en viktig roll. Trots allt, läkemedlet behöver bara fästa sig på de celler som behöver det. En teori från 2011 förutspår att selektivitet inte bara baseras på typen av receptor, men också på antalet och styrkan av receptorerna på cellen. Forskare vid Eindhovens tekniska universitet bevisar nu detta experimentellt. De har publicerat sina resultat i tidskriften PNAS .

Celler interagerar med varandra genom receptorer och ligander. De passar på varandra som en nyckel i ett lås; en ligand från en cell passar bara på den lämpliga målreceptorn för den andra cellen. Området nanomedicin använder sig av detta genom att imitera ligander som passar receptorerna i den sjuka cellen som behöver läkemedlet.

Under 2011, Daan Frenkel och hans grupp i Cambridge använde en teoretisk modell för att förutsäga att inte bara typen av ligander och receptorer spelar en stor roll, men också antalet och styrkan. Detta innebär att även svaga ligander kan binda, så länge det finns tillräckligt med receptorer på ytan av målcellen. Forskarna Max Scheepers, Leo van IJzendoorn, och Menno Prins, alla en del av Institutet för komplexa molekylära system, har nu bevisat denna teori experimentellt med partiklar för första gången.

Många svaga band blir starka

Van IJzendoorn:"Jämför det med kardborreband. Om en krok är fäst, remsan fastnar inte direkt. Först när flera krokar fästs blir bindningen tillräckligt stark. Det är också så det fungerar i människokroppen; den svaga bindningen av en ligand på en receptor blir enormt stark ju fler det finns."

Och det är en användbar funktion för nanomedicin. Sjuka celler har inte alltid andra receptorer än friska celler, men de har ofta fler receptorer på sina cellväggar. Genom att utveckla läkemedlet på ett sådant sätt att det bara fastnar på celler med många receptorer, du kan fortfarande skilja på sjuka och friska celler. Detta gör det möjligt att skicka läkemedelspartiklarna mer exakt till de sjuka cellerna i kroppen.

Enkelsträngat DNA som receptor och ligand

"Vi har nu experimentellt visat med partiklar att många svaga ligander ger en hög selektivitet:Partiklarna binder bara om det finns exakt tillräckligt med receptorer närvarande. Detta skapar ett tröskelvärde, " förklarar van IJzendoorn. Forskarna genomförde ett bindande experiment för detta ändamål, designa partiklar med antingen receptor-DNA eller ligand-DNA på sin yta.

Ett magnetfält drog först partiklarna mot varandra, och efter en tid, släppte dem. Van IJzendoorn:"Detta gjorde det möjligt för oss att optiskt mäta hur många partiklar som hade utvecklat en stark molekylär bindning med varandra."

Genom att variera antalet DNA-molekyler och styrkan på ligand-receptorbindningen, inte bara kunde forskarna se hur många bindningar som behövdes för att partiklarna skulle förbli bundna, men också för att observera uppkomsten av tröskelvärdet.

Nanomedicin och biosensorer

Van IJzendoorn säger, "Dessa resultat utgör ett nytt riktmärke för att förstå och tillämpa selektivitet i biomedicinska tillämpningar. Arbetet ger en grundläggande bas för utformningen av bindningsprocesser inom nanomedicin. Dessutom, det är viktigt för utvecklingen av nanoteknologiska biosensorer, eftersom partiklar också används i dessa system för att upprätta selektiva bindningar."

Denna forskning publicerades den 24 augusti i tidskriften PNAS , med titeln "Multivalenta svaga interaktioner ökar selektiviteten för bindning mellan partiklar." Forskningen utfördes vid Eindhovens tekniska universitet, vid institutionerna för tillämpad fysik och biomedicinsk teknik samt Institutet för komplexa molekylära system.