Grafisk abstrakt. Kredit:Sora Ji
I "proof of concept"-experiment med mus och mänskliga celler och vävnader, säger Johns Hopkins Medicine-forskare att de har designat små proteiner, kallade nanokroppar, härledda från lamaantikroppar, som potentiellt kan användas för att leverera riktade läkemedel till mänskliga muskelceller. Forskarna säger att förmågan att mer exakt rikta in sådana vävnader kan främja sökandet efter säkrare, effektivare sätt att lindra smärta under operation, behandla oregelbundna hjärtrytmer och kontrollera anfall.
Resultaten av experimenten publicerades den 21 februari i Journal of Biological Chemistry .
Nanokroppar är små versioner av proteiner som kallas antikroppar som markerar potentiella patogener för förstörelse av immunsystemet. Forskare vet inte varför de bara finns hos vissa arter, såsom kamelider och hajar, men sedan de upptäcktes på 1980-talet har forskare studerat dem för användning som ett forskningsverktyg och leveranssystem för läkemedel mot cancer med blandad framgång.
Medvetna om sådana experiment misstänkte forskarna vid Johns Hopkins att nanokroppar kan vara till hjälp som ett verktyg för att fästa på en cells natriumjonkanaler, som fungerar som en sorts switch som kan leda kemiska signaler som sätter på eller stänger av muskelceller.
Nio varianter av dessa brytare förekommer i människokroppen, var och en specifik för en typ av vävnad som muskel eller nerv. Eftersom kanalproteinerna endast har små skillnader sinsemellan, kan de flesta mediciner inte skilja mellan dem, vilket utgör säkerhetsrisker när man försöker använda dem med droger som anestetika. Befintliga läkemedel, säger forskarna, blockerar smärta och lugnar en patient genom att "stänga av" natriumjonkanalerna i nerver och skelettmuskler, men kan också farligt sänka hjärtfrekvensen och störa hjärtrytmen.
Andra studier, säger Johns Hopkins Medicine-forskare, har verkligen visat att nanokroppar kan användas för att transportera en last, en förmåga som kan främja ansträngningarna att leverera mediciner till specifika natriumjonkanaler, vilket eliminerar sådana biverkningar.
"Det är därför kliniker och läkemedelsföretag är intresserade av att hitta läkemedel som kan modulera dessa kanaler - antingen för att slå på eller av - tydligt", säger Sandra Gabelli, Ph.D., docent i medicin vid Johns Hopkins University School of Medicine .
Gabelli insåg att den lilla storleken på nanokroppar kan göra det möjligt för dem att binda till områden som är otillgängliga för större molekyler, som större antikroppar som ofta används för liknande tillämpningar.
I sina proof of concept-experiment screenade Gabellis forskargrupp ett mycket stort bibliotek med 10 miljoner nanokroppar för att utveckla dem som proteinbiologiska som potentiellt skulle kunna skilja mellan natriumjonkanalerna i musklerna och de i nerverna.
I samarbete med Manu Ben-Johny vid Columbia University fäste forskarna en fluorescerande "reporter"-molekyl till nanokropparna som lyser upp när den interagerar med natriumkanalen. Genom att övervaka glöden fann forskarna att två nanokroppar, Nb17 och Nb82, fäster vid natriumjonkanalerna som är specifika för skelettmuskeln och hjärtmuskeln.
Forskarna testade också nanokropparnas stabilitet vid olika temperaturer, en nyckelfaktor för att utveckla och leverera läkemedel till kliniker. Forskargruppen fann att nanokropparna Nb17 och Nb82 var resistenta mot temperaturer upp till 168,8 respektive 150,8 grader Fahrenheit, vilket indikerar att dessa nanokroppar skulle förbli lagringsstabila under normala förhållanden.
Forskarna planerar nästa att avbilda nanokroppen och natriumjonkanalerna bundna tillsammans för att avslöja mer om hur denna interaktion fungerar. + Utforska vidare
