דוגמא של תרופה הננו על בסיס חומצת polymalic מוצגת לקראת תכנון רציונלים של רפואה אישית כי הוא ישים לסרטן. הוא מתאר את הסינתזה של תרופת ננו לטיפול בסרטן השד אנושי מסוג HER2 חיובי בעכבר בעירום.
Tumors with similar grade and morphology often respond differently to the same treatment because of variations in molecular profiling. To account for this diversity, personalized medicine is developed for silencing malignancy associated genes. Nano drugs fit these needs by targeting tumor and delivering antisense oligonucleotides for silencing of genes. As drugs for the treatment are often administered repeatedly, absence of toxicity and negligible immune response are desirable. In the example presented here, a nano medicine is synthesized from the biodegradable, non-toxic and non-immunogenic platform polymalic acid by controlled chemical ligation of antisense oligonucleotides and tumor targeting molecules. The synthesis and treatment is exemplified for human Her2-positive breast cancer using an experimental mouse model. The case can be translated towards synthesis and treatment of other tumors.
בעידן פוסט גנומי, כאשר הגנום של הסרטן כבר נפרם (המרכז הלאומי לביוטכנולוגיה והגנום סרטן האטלס), טיפול עתידי בסרטן יביא בחשבון מגוון גנטי של גידולים לעתים קרובות בתוך אותו הגידול 1-4. ביואינפורמטיקה ורצפי DNA מהירים, לא יקרים מאפשר רכישה של גנים / מוטציות ממאירות ברמה אישית 2,4,5. ברגע שהגנים זוהו, חולים יטופלו בתרופה מותאמת אישית כדי לשנות או להשתיק את הביטוי שלהם של גנים ממאירים 6. הצורך לפגוע בתאי סרטן ולספק תרופות לתאים אלה קוראים למערכות אספקת polyfunctional. ברור, תרופות ננו יכולות לענות על דרישה זו 7.
בגל גואה של גילויי חלקיקים הוכיחו מתאימים להביא מטענים של תרופות כימותרפיות, חלבונים ו / או חומר גנטי פעיל לתאי סרטן. עם זאת, תופעות לוואי להישאר להיות מודעהלהתלבש. אחד מהם קשורות להיעדרם של פריקות ביולוגית עלול לגרום בתצהיר של חומר ברקמות ואיברים בריאים עם הסיכוי לעורר מחלות. כדי למזער את התצהיר, הצגנו חומצה רעילה ואינו immunogenic polymalic, שהוא ממוצא חיידקים ומתכלים לH 2 O ו-CO 2 8. אנו משתמשים בפולימר לסנתז סוג קוולנטיים All-in-אחד מסמי ננו. הוא מכיל chemotherapeutics המצורפת כימי כגון temozolomide, דוקסורוביצין, או אנטיסנס וקבוצות פונקציונליות המשרתות extravasation, מיקוד רקמות, משלוח endosomolytic. הסמים הם ביקע מהותי מפלטפורמת ננו כשהם הגיעו לתאים סרטניים הממוקדים, ובכך התחדשות פעילות התרופות המלאה שלהם.
אנו מתארים את שיטת הייצור של חיידקים של פלטפורמת ננו הפולימר, הטיהור שלה, ואת הסינתזה הכימית של תרופה המכילה ננו Trastuzumab (הרצפטין) לטיפול בסרטןמיקוד ומולקולת אנטיסנס קצר לעיכוב של ייצור יתר של HER2. ביישום תרופת ננו לסרטן xenogeneic אדם חיובי ל-HER2 השד בעכברים בעירום, אנחנו מדגימים יעילות גבוהה של הטיפול בסרטן. עקרונות מיקוד גידול והשתקת הגן הציג כאן עבור תרופות הננו חומצת polymalic יכולים להיות מיושמים בטיפול במקרים אחרים של הסרטן.
המסלול הניסיוני להכנת תרופות הננו מפולימר טבעי מתכלה מוצג בם ניתן להשתמש בסינתזה של רפואה אישית. התיאור מתחיל בייצור והטיהור המבוקר של חומצת polymalic, אשר היא פלטפורמה תכליתית עבור סינתזת תרופת ננו. באמצעות שימוש בטכניקות לשחזור, הפולימר שהושג עם משקל מולקולרי גבוה ובטוהר קיצוני מתאים לסינתזות תרופות. הסינתזה מתוארת לתרופה ננו, שיוצגה לטיפול בסרטן השד מסוג HER2 החיובי ביעילות. התיאור יכול להיות מתורגם לסינתזות של רוב תרופות ננו האחרות לטיפול בסרטן. מיקוד כרוך נוגדנים כגון הרצפטין שקושרים אנטיגן הסרטני ספציפי, כגון חלבון HER2 או כל סמן גידול אחר שהפנים ביעילות. התרופה הננו מספקת מבחר של אנטיסנס וchemotherapeutics כי תהיה יעיל לעכב את הצמיחה של הסרטן תחת treatment. בדוגמא, הרצפטין מחייב HER2 וחישול מולקולת אנטיסנס ספציפי עם mRNA הביא לחסימה מתמשכת של HER2-איתות וצמצום חמור של סרטן השד מסוג HER2 חיובי קידוד-HER2. בהתבסס על העיקרון הבסיסי של מיקוד גידול ועיכוב של ביטוי גנים על ידי אנטיסנס יש לנו מסונתז עדכני מספר תרופות ננו אחרות וגליובלסטומה עכבות בהצלחה פרה אדם וסרטן השד משולש שלילי 11,14-18.
העבודה סינתטית מתחילה עם הכנת פלטפורמה לסמים הננו מטוהר מאוד, שהוא חומצת polymalic מsupernatant התרבות של polycephalum Physarum (מינים של המשפחה "עובש רפש"). ההכנה מדגישה משקולות מולקולריות גבוהות של הפולימר, באופן עקרוני ומאפשר חיבור של מספר רב של נוגדנים, פפטידים, oligonucleotides ומולקולות אחרות הפועלות באספקת סמים פעילה ועיכוב גדילת גידול. Following culturing וטיהור מבוקרים, איכות שחזור של פולימר בתשואות צפויות כבר מיוצרת. הפולימר מאוחסן בתנאים נוחים לכל עת.
הסינתזה של ננו conjugates PMLA החל בהפעלה הכימית של carboxylates פולימר התליון מתבצעת בכמה צעדים סינטטיים. בין צעדים, סינתזה יכולה להיות ממוקמת באופן אופציונלי בהמתנה ומאפשרת הכנת כמויות שרירותיות של תשומות לייצור ובכך ניתן להשתמש בעד קנה מידה. ההתקדמות של סינתזה ואחריו TLC והשניות-HPLC, ושניהם בהרכב והפעילות של התרופה הננו נשלט על ידי מבחני קבוצה ספציפית כימי כמותית, ELISA, ומגוון רחב של מידות פיזיות. הניסיון שלנו הוא שהסינתזות האלה כבר התקדמו בצורה חלקה וreproducibly עם תשואות וטהרה מצוינות. על ידי בחירה הספציפיות של oligonucleotides הנוגדנים וantisense כל גרסה של תרופת ננו היא לטובה מסונתזת כנדרש בPErsonalized רפואה.
שיטות של הטיפול המוצלח של סרטן השד מסוג HER2 החיובי האנושי הן נציגים תקפים להכנת דגמי סרטן העכבר, יישום של תרופות ננו, הדמיה, וניתוח של גידול. התוצאות של בדיקות במבחנה כדאיות שימושיות בבחירת הקו הסלולרי והתרופה המובילה לשימוש בניסויים בבעלי החיים. בvivo ההדמיה Xenogen מאמתת כי התרופה הננו מועברת אכן לתוך הגידול. תוצאות מערביות סופג מגלה אם רמת חלבונים מסוימים הגיבה בצורה הצפויה במהלך טיפול בסרטן. מדידה של גודל גידול מודיעה על ההצלחה של הטיפול, כלומר כ עיכוב, מיתון או רגרסיה. הדוגמא המתוארת משקפת את הניסיון שלנו עם תרופות אחרות polymalic מבוסס חומצת ננו שמעידות על מידה גבוהה של חיזוי, שחזור והעדר הרעילות ראויה לציון. תוצאות אחרונות על רעילות ויעילות של t מרובהconjugates חומצת polymalic argeted לטיפול בסרטן השד משולש שלילי נמצא בתמיכה חזקה של רעיון זה 18. תכונת מפתח היא שתרופת ננו הוא מסוגל לחדור ביו מחסומים: מחסום האנדותל ידי extravasation לתוך ביניים גידול, קרום התא הסרטני על ידי ספיגת endosome, ושיבוש קרום endosome על ידי פעולה של קבוצות ethylester אוצין או trileucine. Extravasation וספיגת endosome הם השיגו באופן מהימן על ידי הנוגדנים הספציפיים המצורפים לתרופת ננו. נוגדני רצפטור transferrin אנטי עכבר מתווך זרם יעיל לגידול על ידי transcytosis, כנראה בגלל שהקולט הוא ביטוי יתר על רוב כלי דם של גידול. נוגדנים שונים קשורים בפונקציות מולקולת המצומד הננו זהות באופן ספציפי הכוונת הסמים הננו לגידול תא הנמען. נוכחותם של שני הנוגדנים, אחת לtranscytosis והשני לספיגת endosome, הוא חיוניים לתפקוד אופטימלי. ניתוח כמותי של מ 'חומצה ונוגדני Alic מומלץ ביותר על מנת לשלוט בהרכב אופטימלי של תרופת ננו. לבסוף יש לציין כי התרופה הננו קוולנטיים כל אחד ב-מספקת תרופה בטופס מצורף כימי בדרכם דרך כלי דם המארח לגידול תא הנמען. קובץ מצורף כימי הופך את רוב התרופות לא פעיל (prodrugs) עד שהם מחדש כמו תרופות בחינם על ידי מחשוף מהפלטפורמה המצומד ננו באתר הממוקד. זה חשוב כי שיטת ההפעלה מחדש מספקת רמה גבוהה של בטיחות במהלך לידה וסיכוי מינימאלי לעורר תופעות לוואי מזיקות. צדדיות, יעילות ובטיחות הן תכונות הכרחיות של רפואה מותאמת אישית טובה.
The authors have nothing to disclose.
We greatly acknowledge financial support by NIH R01 CA123495, U01 CA151815, R01 CA136841, grants from the Department of Neurosurgery at Cedars-Cedars Medical Center and Arrogene Technology Inc.
Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
2-Mercapto-1-ethylamine (Cysteamine (2MEA) | Sigma-Aldrich | 30078-25G | |
4’,6-Diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Vector Laboratories, Burlingame, CA | ||
90-Day release 17β-estradiol pellet | Innovative Research of America | ||
Alexa Fluor 680 C2 maleimide | Invitrogen | A20344 | |
Amberlite IR 120H | Sigma-Aldrich | 6428 | |
Antifoam Y-30 Emulsion | Sigam-Aldrich | A5758 | |
Anti-laminin-411 chain mAbs | Santa Cruz | SC-59980 | |
Anti-pAkt mAb | Cell Signalling | 9271S | |
Anti-PARB mAb | BD Biosciences | 556494 | |
Anti-von Willebrand Factor antibody | Abcam | AB6994 | |
Bacto Yeast Extract | Bacto, Dickinson/Sparks, MD | 212720 | |
Beta-actin | Cell Signalling | 3700 | |
BT-474 | ATCC | HTB-20 | |
Calcium Carbonate | Alfa Aesar | 36337 | |
Cell Proliferation Assay kit | Promega, Madison, WI, USA | PR-G3580 | |
Centriplus 100 | Millipore | 4414 | |
Dicyclohexylcarbodimide | Fluka | 36650 | |
DMEM | Sigma-Aldrich | D5796 | |
Eosin | Cardinal Health | S7439-4 | |
Galardin (MMP-inhibitors) | Santa Cruz | SC-994 | |
GAPDH | Cell Signalling | 2118 | |
Hematoxilin | Cardinal Health | S7439-3 | |
Hemin from porcine | Sigma-Aldrich | 51280 | |
Herceptin | Genentech | 15534 | |
Herceptin (Western blotting) | Cell Signalling | 2165S | |
IgG2a-kappa murine malignoma | Sigma | M77695X5m | |
Immun-Star AP Substrate Pack | Biorad | 170-5012 | |
Immun-StarTM AP Substrate Pack | Biorad | 170-5012 | |
LAL Reagent water | Lonza, MD | W50-1000 | |
Laminin-411 mAbs | Abcam | ||
Leucine ethyl ester (LOEt) | Sigma-Aldrich | 61850-10G-F | |
Limulus Amebocyte Lysate (LAL) PYROGENT-5000 tests | Cambrex BioScience | N384 | |
Lissamin-Morpholino AON | Gene Tools | Custom made | |
L-malic acid | Sigma-Aldrich | M6413 | |
Malate dehydrogenase | Sigma-Aldrich | M2634 | |
Mal-PEG-Mal | Laysan | mal-PEG-mal-3400 | |
Matrigel | BD Biosciences | 354248 | |
Milk, nonfat powdered | Proteomics | M203-10G | |
Morpholino oligonucleotides | GeneTools | custom made | |
mPEG5000 | Lysan | mPEG-NH2-5000 | |
N-hydroxysuccinimde (NHS) | ACROS Organics | 15727100 | |
Ninhydrin | Merck | 1.06762.0100 | |
Nitrocellulose Membrane Filter Paper Sandwich | Invitrogen | LC2001 | |
Nitrocellulose Membrane Filter Paper Sandwich, 0.45 µm | Invitrogen | LC2001 | |
Novex ® Tris-Glycine Transfer Buffer (25X) | Invitrogen | LC3675 | |
Nude Mice [Tac:Cr:(MCr)-Foxnnm] | Taconic | ||
PBS pH 7.2 10x | Gibco | 10010-49 | |
PBS pH 7.2 1x | Gibco | 70013 | |
PD-10 desalting columns | GE Healthcare | 17-0851 | |
Physarum polycephalum M3CVII | ATCC | 204388 | |
Pierce BCA protein assay | Thermo Scientific | 23225 | |
Protease inhibitor cocktail | Roche | 1.18362E+11 | |
Protein Detector ELISA Kit | KPL | 54-62-18 | |
Sephadex G-25 superfine | GE Healthcare | 17-0031 | |
Sephadex G-75 | GE Healthcare | 17-0050 | |
Sephadex-LH20 | GE Healthcare | 17-0090 | |
SKBR-3 | ATCC | HTB-30 | |
SPDP | Proteochem | C1116 | |
Streamline-DEAE | GE Healthcare | 17-0994 | |
Styryl Red FM 1-43 | Life Technologies | T-3163 | |
TBS 10x | Bio-Rad | 170-6435 | |
TCEP | Sigma-Aldrich | C4706-2G | |
TLC, silica coated aluminia sheets | Merck, Darmstadt, DE | 60F254 | |
Trileucine (LLL) | Bachem | H-3915 | |
Triton X-114 | Sigma-Aldrich | X114 | |
Tween®20 | Sigma-Aldrich | P1379 | |
Vivaspin 20 | VWR | 14005-302 | |
DAPI | Vector Laboratories, Burlingame, CA | ||
Dexmedetomidine | Pfizer | ||
Atipamezole | Pfizer | ||
Carprofen | Pfizer | ||
Betadine | Foster and Smith, Wisconsin |