Mediciner har ofta oönskade biverkningar. En anledning är att de inte bara når de ohälsosamma celler som de är avsedda för, men också nå och påverka friska celler. Forskare vid Münchens tekniska universitet (TUM), i samarbete med Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, har utvecklat en stabil nanobärare för mediciner. En speciell mekanism ser till att läkemedlen endast frisätts i sjuka celler.

Människokroppen består av miljarder celler. När det gäller cancer, arvsmassan hos flera av dessa celler förändras patologiskt så att cellerna delar sig på ett okontrollerat sätt. Orsaken till virusinfektioner finns också i de drabbade cellerna. Under kemoterapi till exempel, droger används för att försöka förstöra dessa celler. Dock, terapin påverkar hela kroppen, skadar även friska celler och resulterar i biverkningar som ibland är ganska allvarliga.

Ett team av forskare under ledning av prof. Oliver Lieleg, Professor i biomekanik och medlem av TUM Munich School of BioEngineering, och prof. Thomas Crouzier vid KTH har utvecklat ett transportsystem som endast frigör de aktiva ämnena i mediciner i påverkade celler. "Narkotikabärarna accepteras av alla celler, Lieleg förklarar. "Men endast de sjuka cellerna borde kunna utlösa frisättningen av det aktiva medlet."

Syntetiskt DNA håller läkemedelsbärarna stängda

Forskarna har nu visat att mekanismen fungerar i tumörmodellsystem baserade på cellkulturer. Först packade de de aktiva ingredienserna. För det här syftet, de använde så kallade muciner, huvudingrediensen i slemmet som finns till exempel på slemhinnorna i munnen, mage och tarmar. Muciner består av en proteinbakgrund till vilken sockermolekyler är dockade. "Eftersom muciner förekommer naturligt i kroppen, öppnade mucinpartiklar kan senare brytas ned av cellerna, säger Lieleg.

En annan viktig del av förpackningen förekommer också naturligt i kroppen:deoxiribonukleinsyra (DNA), bäraren av vår genetiska information. Forskarna skapade syntetiskt DNA-strukturer med de egenskaper de önskade och band dessa strukturer kemiskt till mucinerna. Om glycerol nu tillsätts till lösningen som innehåller mucin-DNA-molekylerna och den aktiva ingrediensen, lösligheten av mucinerna minskar, de fälls ihop och omsluter det aktiva medlet. DNA-strängarna binder till varandra och stabiliserar därmed strukturen så att mucinerna inte längre kan veckla ut sig själva.

Låset till nyckeln

De DNA-stabiliserade partiklarna kan endast öppnas med rätt "nyckel" för att återigen frigöra de inkapslade aktiva ämnesmolekylerna. Här använder forskarna vad som kallas mikroRNA-molekyler. RNA eller ribonukleinsyra har en struktur som mycket liknar den hos DNA och spelar en stor roll i kroppens syntes av proteiner; den kan också reglera andra cellprocesser.

"Cancerceller innehåller mikroRNA-strängar vars struktur vi känner exakt, " förklarar Ceren Kimna, huvudförfattare till studien. "För att använda dem som nycklar, vi modifierade låset i enlighet med detta genom att noggrant utforma de syntetiska DNA-strängarna som stabiliserar våra läkemedelsbärarpartiklar." DNA-strängarna är strukturerade på ett sådant sätt att mikroRNA kan binda till dem och som ett resultat bryta ner de befintliga bindningarna som stabiliserar strukturen De syntetiska DNA-strängarna i partiklarna kan också anpassas till mikroRNA-strukturer som förekommer med andra sjukdomar som diabetes eller hepatit.

Den kliniska tillämpningen av den nya mekanismen har ännu inte testats; ytterligare laboratorieundersökningar med mer komplexa tumörmodellsystem är nödvändiga först. Forskarna planerar också att undersöka ytterligare modifiering av denna mekanism för att frigöra aktiva medel för att förbättra befintliga cancerterapier.