نانوزیم‌ها با به حداقل رساندن سمیت، داروی خاص تومور را مدیریت می‌کنند

شیمی درمانی روش اصلی درمان سرطان است. اگرچه این درمان موثر است، اما به طور بی رویه سلول هایی که به سرعت تقسیم می شوند – سرطانی یا غیره – می کشد، بنابراین بیماران اغلب تجربه می کنند. عوارض جانبی شدیدکه در نهایت سودمندی آن را محدود می کند.

اما اگر راهی برای ارائه یک داروی شیمی درمانی غیرفعال در سراسر بدن و “روشن کردن” دارو در داخل تومور وجود داشت، چه؟ این استراتژی می تواند عوارض جانبی را محدود کند در حالی که به طور بالقوه امکان درمان با دوز بالاتر (و موثرتر) را فراهم می کند.

وارد نانو زمستان ها. این آنزیم‌های مصنوعی متشکل از نانومواد می‌توانند واکنش‌های شیمیایی از پیش تعیین‌شده‌ای مانند تبدیل یک داروی بی‌اثر (یا پیش دارو) به شکل عملکردی آن انجام دهند. اگر به داخل تومور تزریق شود و در معرض یک پیش دارو قرار گیرند، نانوزیم‌ها می‌توانند به «کارخانه‌های دارویی» محلی تبدیل شوند و به طور انتخابی یک داروی سرطان را در تومور فعال کنند و در عین حال آسیب به بافت سالم را به حداقل برسانند.

مهندسان زیستی و شیمیدانان دانشگاه ماساچوست آمهرست (UMass Amherst) نانوزیمی ساخته اند که می تواند شکل غیرفعال را تبدیل کند. فلوئورواوراسیل، یک عامل شیمی درمانی رایج در شکل فعال آن است. هنگامی که در مدل موشی سرطان سینه مورد ارزیابی قرار گرفت، درمان آن‌ها می‌تواند تومورها را به اندازه شیمی‌درمانی استاندارد فلوئورواوراسیل با آسیب کمتری به کبد کوچک کند. با افزایش دوزهای شیمی درمانی در محل تومور و نه در سراسر بدن، این استراتژی به طور بالقوه می تواند به اندازه شیمی درمانی استاندارد با سمیت قابل توجهی کمتر، فواید درمانی داشته باشد. نتایج این روش اخیرا در گزارش شده است مجله انتشار کنترل شده.

دکتر لوئیزا راسل، مدیر برنامه در بخش علوم و فناوری اکتشاف در NIBIB، توضیح داد: «توسعه درمان‌های هدفمند و ایمن‌تر برای درمان سرطان همیشه اولویت اصلی در این زمینه خواهد بود». “این مطالعه راهی را نشان می دهد که شیمی درمانی موجود را کمتر سمی می کند بدون اینکه اثربخشی آن در مدل پیش بالینی سرطان پستان کاهش یابد. قابل ذکر است، این تکنیک به طور بالقوه می تواند برای انواع دیگر داروها اعمال شود و راه را برای درمان های هدفمند برای شرایط مختلف هموار کند.

ساخت کارخانه های دارویی خاص تومور

نانوزیم‌ها به این صورت طراحی می‌شوند: نانوذرات طلای فوق‌العاده کوچک با مولکول‌هایی با بار مثبت پوشیده شده‌اند و باعث می‌شوند که به شدت به سطوح سلولی (که دارای بار منفی هستند) جذب شوند. سپس یک کاتالیزور فلزی – در این مورد، پالادیوم – به داخل نانوذرات اضافه می‌شود. پالادیوم فعالیت نانوزیم ها را تقویت می کند و می تواند کاتالیز بیو متعامد (واکنشی که به طور طبیعی در بدن ما رخ نمی دهد) انجام دهد. به طور خاص، پالادیوم می‌تواند مولکول‌هایی به نام گروه‌های پروپارژیل را که می‌توانند به داروها اضافه شوند تا فعالیت آن‌ها را مسدود کند، حذف کند.

وینسنت روتلو، نویسنده ارشد این مطالعه، دکترا، استاد شیمی در UMass Amherst، گفت: کاتالیزورهای فلزی مانند پالادیوم به عنوان روشی جدید برای فعال کردن پیش داروها در سیستم های بیولوژیکی در حال ظهور هستند. او توضیح داد: «با کپسوله کردن پالادیوم در نانوذرات بسیار کوچک و دارای بار مثبت، می‌توانیم نانوزیم‌ها را به‌صورت الکترواستاتیکی روی بافت تومور «Velcro» بگذاریم و کاتالیزور را در جای خود ثابت کنیم. وی افزود: هنگامی که یک پیش دارو اضافه می شود، از بدن عبور می کند اما در داخل تومور فعال می شود و اثربخشی درمانی را بهبود می بخشد و در عین حال عوارض جانبی را کاهش می دهد.

درمان آنها نانوزیم های پر از پالادیوم را با پروفلوئورواوراسیل (نسخه ای از دارو که با یک گروه پروپارژیل برچسب گذاری شده است) ترکیب کرد. پس از تزریق مستقیم نانوزیم ها به تومورها، به موش ها پروفلوئورواوراسیل به صورت سیستمیک داده می شود (به طوری که دارو در سراسر بدن گردش می کند). هنگامی که دارو به تومور می رسد، نانوزیم ها گروه پروپارژیل را جدا می کنند و شیمی درمانی را فعال می کنند و سپس سلول های اطراف را می کشند.

محققان درمان نانوزیمی خود را با فلوئورواوراسیل استاندارد در موش‌های مبتلا به تومور سینه مقایسه کردند. اگرچه هر دو درمان به طور قابل توجهی تومورها را کاهش دادند، موش هایی که فلوراوراسیل استاندارد دریافت کردند به طور قابل توجهی آسیب کبدی بیشتری را متحمل شدند (که شایع ترین عارضه جانبی شیمی درمانی مبتنی بر فلوراوراسیل است).

روتلو گفت: «نانوزیم‌های پرشده با پالادیوم ما به طور بالقوه می‌توانند با هر دارو یا ترکیبی که فعالیت آن با افزودن یک گروه پروپارژیل مسدود شود، استفاده شوند. ما در حال تولید داروهای شیمی درمانی، ضد میکروبی و ضد التهابی با استفاده از این استراتژی هستیم.» او همچنین خاطرنشان کرد که کاتالیزورهای فلزی دیگری را می توان به نانوزیم ها اضافه کرد (که می تواند واکنش های متعامد زیستی مختلفی را انجام دهد که پیش داروها را فعال می کند).

اگرچه استراتژی ما قبل از ارزیابی در انسان نیاز به تنظیم دقیق دارد، من معتقدم که دارورسانی با تسهیل نانوزیم می‌تواند یک تغییر بالقوه بازی برای درمان‌های هدفمند و ایمن‌تر باشد.»

این تحقیق با کمک‌های مالی از NIH، از جمله NIBIB (R01EB022641)، موسسه ملی علوم بهداشت محیطی (NIEHS؛ U01ES026140) و جایزه خدمات تحقیقاتی ملی از موسسه ملی علوم پزشکی عمومی (NIGMS؛ T32GM139789)، همراه با با کمک مالی از بنیاد ملی علوم (NSF؛ کمک مالی 2108044).

این نکته برجسته علمی یک کشف تحقیقاتی بزرگ را توصیف می کند. تحقیقات پایه درک ما از رفتار و زیست شناسی انسان را افزایش می دهد، که زیربنای پیشرفت راه های جدید و بهتر برای پیشگیری، تشخیص و درمان بیماری است. علم یک فرآیند غیرقابل پیش بینی و تدریجی است – هر مطالعه علمی بر اساس اکتشافات گذشته، اغلب به روش های غیرمنتظره استوار است. اکثر پیشرفت های بالینی بدون دانش تحقیقات بنیادی امکان پذیر نخواهد بود.

مرجع مطالعه: Zhang X, Liu Y, Doungchawee J, et al. نانوآنزیم‌های بیورتوگونال برای تصویربرداری و درمان سرطان پستان. J کنترل انتشار. 2023؛ 357:31-39. doi:10.1016/j.jconrel.2023.03.032