A nanocseppek felgyorsíthatják az új gyógyszerek kutatását
Eddig az új terápiás szerek kifejlesztésének korai szakasza rendkívül költség- és időigényes volt. A KIT (Karlsruhe Institute of Technology) kutatói most kialakították egy platformot, amelyen roppant kicsiny, csupán 200 nanoliter térfogatú – ez egy homokszem méretének felel meg – nanocseppeket lehet elrendezni, amelyek egy tesztben mindössze 300 sejtet tartalmaznak.
Ez a platform lehetővé teszi a kutatók számára, hogy ugyanazon a chipen több ezer terápiás hatóanyagot szintetizáljanak, minősítsenek és teszteljenek, ezzel időt és erőforrásokat takarítva meg. A kutatási eredmények az Angewandte Chemie folyóiratban jelentek meg.
Az új terápiás szerek felfedezése jelenleg több különálló, erőforrás-igényes lépésből áll az új hatóanyagok szintézisére, biológiai tesztelésére és minősítésére. Ez a folyamat általában csak nagy gyógyszergyártó cégeknél alkalmazható, több évnyi fejlesztést igényel, több száz millió euróba kerül, és nagy mennyiségű nyersanyagot igényel. „Az akadémiai és kisebb ipari kutatóintézetek nem képesek mozgósítani ekkora erőforrásokat” – mondja Pavel Levkin professzor, a KIT Biológiai és Kémiai Rendszerek Intézetének (IBCS) munkatársa. „Technológiánk eltávolítja ezt az akadályt, és több szereplő előtt megnyithatja az utat, hogy hozzájárulhassanak a gyógyszerkutatáshoz.”
A rák terápiás kezelése gyógyszerkutatásának felgyorsítása érdekében a Levkin vezette Biofunkcionáis Anyagok Tanszék kutatói kialakították az integrált nanocsepp-sorozat platformot. „Ez egyetlen chipen egyesíti az új rákellenes gyógyszerek fejlesztésének korábban különálló folyamatait, egyetlen miniaturizált munkafolyamat által” – mondja Levkin.
A tudósoknak sikerült ezredrésznyire, azaz mikroliterről nanoliterre csökkenteniük a kísérletek méretét. „Közvetlen biológiai technológiánknak köszönhetően, különösebb előzetes előkészületek nélkül közvetlenül biológiai tesztelésnek vetjük alá a szintetizált molekulákat, így drasztikusan csökkenthetjük a szintézisre és a szűrésre fordított időt és erőforrásokat, mivel minden teszthez mindössze 200 nanoliter cseppet és 300 sejtet használunk, ami térfogatában egy homokszemnek felel meg” – mondja Levkin.
A kutatók többféle potenciális MEK-gátlót (mitogén-aktivált proteinkináz-gátlókat) szintetizáltak és teszteltek – ezek olyan szerek, amelyek blokkolják a MEK enzimet, amely különböző típusú rákok, például a bőr- és a vastagbélrák fejlesztésében játszik szerepet.
Egy jól ismert MEK-gátló, a mirdametinib már használatos ritka, operálhatatlan daganatok kezelésére. Molekuláris szerkezetének alapján a kutatócsoport egy könyvtárat állított össze potenciális új MEK-gátlókról. „Az új nanocsepp-eljárással mindössze hét nap alatt 325 potenciális MEK-gátlót állítottunk elő, és laboratóriumi teszt során 46 közülük ugyanolyan hatásúnak bizonyult, mint a mirdametinib” – mondja Levkin.
A kutatók élő sejteken vizsgálták az újonnan előállított molekulák aktivitását. „Ebben a folyamatban a MEK-gátlókra érzékeny HT-29 vastagbélrákos sejtvonal életképességét vizsgáltuk” – mondja Liana Bauer, az IBCS-FMS doktori hallgatója és a megjelent tanulmány vezető szerzője.
A molekulák minősítéséhez a kutatócsoport a MALDI-MSI folyamatot (mátrix-asszisztált lézer deszorpció/ionizáció–tömegspektrometriai képalkotás) alkalmazta. Ez a technológia lehetővé teszi a kutatók számára, hogy elemezzék a minták kémiai összetételét és vizuálisan megjelenítsék azok térbeli eloszlását. Az elemzést a TH Mannheim Tömegspektrometriai és Optikai Spektroszkópiai Központjának (CeMOS) professzora, Carsten Hopf vezette kutatócsoporttal együttműködésben végezték.
Az új rendszerrel mind a 325 terméket háromszoros ismétléssel elemezték – így összesen 975 egyedi mintát. „Bebizonyítottuk, hogy ez a folyamat nanocseppeknél isl hatásos, rendkívül kis méretben is” – magyarázza Bauer. A molekulaszintézis, a teszt és az elemzés egyetlen platformon történő kombinálásával az új technológia a nagy kapacitású gyógyszerkutatáshoz való hozzáférést is megkönnyítheti az akadémiai laboratóriumok és a kisebb biotechnológiai cégek számára. „Ez egy nagy lépés a szükséges új szerek gyorsabb, olcsóbb és hatékonyabb felfedezése felé” – mondja Levkin.