Chemieingenieure entwerfen molekulare Sonden zur Untersuchung von Krankheiten

Chemieingenieure entwerfen molekulare Sonden zur Untersuchung von Krankheiten

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Anonim

von der University of California - Santa Barbara

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Chemieingenieure an der UC Santa Barbara gehen davon aus, dass ihr neues Verfahren zur Herstellung molekularer Sonden möglicherweise zur Entwicklung neuer Medikamente zur Behandlung von Krebs und anderen Krankheiten führen wird.

Ihre Arbeit, die in der von Cell Press herausgegebenen Fachzeitschrift Chemistry & Biology veröffentlicht wurde, beschreibt eine neue Strategie zum Bau molekularer Sonden zur Visualisierung, Messung und Untersuchung der Aktivität von Enzymen, sogenannten Proteasen, auf der Oberfläche von Krebszellen.

Patrick Daugherty, leitender Autor und Professor für Chemieingenieurwesen an der UCSB, erklärte, dass die Sonden Proteasen, die an der Tumormetastasierung beteiligt sind, effektiv verstehen.

"Tumormetastasen werden allgemein als Todesursache für Krebspatienten angesehen", sagte Daugherty. "Normalerweise ist es nicht der Primärtumor, der den Tod verursacht. Die Metastasierung wird durch Proteasen vermittelt, wie wir sie hier untersuchen. Diese Proteasen können es Tumorzellen ermöglichen, umliegendes Gewebe abzutrennen und abzubauen und dann an vom Primärtumor entfernte Stellen zu wandern Der Tumor fällt nicht einfach auseinander. Es müssen viele Ereignisse eintreten, damit ein Tumor Krebszellen in die Blutbahn abgibt, die zirkulieren und in anderen Geweben wie Leber oder Knochen enden können. "

Mit den Sonden konnten die Forscher erstmals die Aktivität einer an der Metastasierung beteiligten Protease direkt messen. Sie taten dies, indem sie ihre Sonde in eine Schale mit Tumorzellen gaben. Sie haben dann die Aktivität dieser Protease gemessen, die Kollagen abbaut - das im menschlichen Körper am häufigsten vorkommende Protein (gemessen an der Masse).

"Wir haben sofort Pläne, ähnliche Sonden zu verwenden, um metastasierende HER2-positive Tumoren, einen der am häufigsten verwendeten Biomarker für Brustkrebs, wirksam zu unterscheiden", sagte Daugherty. "Ein erheblicher Teil der Patienten hat HER2-positive Tumoren, aber wir wissen noch nicht, welcher dieser Tumoren metastasieren wird. Durch die Herstellung dieser Sonden können wir jedoch feststellen, welcher dieser HER2-positiven Tumoren in der Lage ist, sich zu zersetzen." das umgebende Gewebe, um sich vom Primärtumor zu lösen und einen separaten Tumor irgendwo anders im Körper zu etablieren. "

Die Autoren entwickelten die molekulare Sonde so, dass sie von einer einzelnen Protease erkannt wird und nicht von den vielen Proteasen, die in menschlichen Geweben vorhanden sind. Das ist die Hälfte der Sonde. Bei der anderen Hälfte der Sonde handelt es sich um eine optische Technik zur Messung der Aktivität. Dieser Ansatz beruht auf der Verwendung von zwei konstruierten fluoreszierenden Proteinen, die von Meeresorganismen stammen und Licht in einem Prozess absorbieren und emittieren, der als FRET oder Forster-Resonanzenergieübertragung bezeichnet wird.

Zur Herstellung der Sonden führten die Forscher ein Gen ein, das die Sonde in das Bakterium E. coli kodiert. Dann produzierten und reinigten sie signifikante Mengen der Sonde. Alle für die Sonde benötigten Informationen werden von einer DNA-Sequenz kodiert. Die Sonden sind einfach und kostengünstig herzustellen und können problemlos mit anderen Forschern ausgetauscht werden.

Ähnlich aufgebaute Sonden untersuchen nicht nur Krebs, sondern auch Alzheimer, Arthritis und Bindegewebskrankheiten, bakterielle Infektionen, Viren und viele andere Krankheiten.

"Die Tatsache, dass Sie das Konzept und die Art und Weise, wie Sie diese Sonden herstellen, auf viele Systeme verallgemeinern können, macht es attraktiv", sagte Daugherty. "Wir untersuchen zufällig die Aktivität dieser Protease und einer bestimmten Art von Tumorzellen, die von Krebspatienten stammen. Aber Sie könnten dies auf Hunderte von Molekülen anwenden und wirklich ein funktionierendes Verständnis dafür entwickeln, wie Gruppen von Proteasen in der Zellbiologie zusammenwirken. "

Bei Menschen mit rheumatoider Arthritis beispielsweise kommt es zu einer erhöhten Produktion von Proteasen, einschließlich der von Daughertys Team untersuchten. Diese Protease vermittelt den Kollagenabbau und die Gelenkzerstörung. "Wenn Sie ein Enzym haben, das Kollagen zerkauen kann, und Sie haben viel Kollagen in Ihren Gelenken, dann würden Sie erwarten, dass Sie einen schnelleren Abbau des Gelenks durch diese Proteasen sehen", sagte Daugherty.

Daughertys Forschungsgruppe hat ungefähr 25 Sonden erstellt, die mit der in der Arbeit vorgestellten vergleichbar sind. Sie bauen ein Panel mit etwa 100 Sonden auf und werden dieses Panel verwenden, um zu charakterisieren, wie verschiedene Proteasen funktionieren. Diese Untersuchung könnte zu neuen Arzneimitteltherapien für eine Vielzahl von Krankheiten führen.