به گفته محققان دانشگاه پن استیت، یک «نانوذره GPS» جدید که به صورت داخل وریدی تزریق می‌شود، می‌تواند سلول‌های سرطانی را برای ایجاد ضربه ژنتیکی به پروتئینی که در رشد و گسترش تومور نقش دارد، وارد کند. آنها رویکرد خود را بر روی رده های سلولی انسان و موش آزمایش کردند تا به طور موثر یک ژن ایجاد کننده سرطان را از بین ببرند و گزارش دادند که این روش ممکن است به طور بالقوه درمان دقیق و مؤثرتری برای سرطان های سینه مانند قاعده ای که به سختی قابل درمان هستند ارائه دهد.

آنها کار خود را امروز (11 مارس) در نانو ACS. آنها همچنین یک درخواست موقت برای ثبت اختراع فناوری توصیف شده در این مطالعه ثبت کردند.

ما یک نانوذره جی‌پی‌اس توسعه دادیم که می‌تواند محل مورد نیاز را پیدا کند. یک بار آنجا -؛ و فقط آنجا -؛ می تواند پروتئین های ویرایش کننده ژن را برای جلوگیری از گسترش سلول های سرطانی ارائه دهد. این کار دشواری بود، اما ما نشان دادیم که این سیستم برای سرطان‌های سینه مانند پایه کار می‌کند.”

دیپنجان پان، نویسنده مسئول، دوروتی فوهر هاک و جی لوید هاک، استاد نانوپزشکی و استاد مهندسی هسته ای و علوم و مهندسی مواد در ایالت پن

مشابه سرطان‌های سینه سه‌گانه منفی، سرطان‌های قاعده‌مانند سینه ممکن است کمتر از سایر سرطان‌های سینه شیوع داشته باشند، اما درمان آن‌ها می‌تواند بسیار چالش‌برانگیزتر باشد، عمدتاً به این دلیل که سه هدف درمانی موجود در سایر سرطان‌های سینه را ندارند. آنها همچنین تمایل به تهاجمی دارند، تومورهایی که به سرعت رشد می کنند و سلول هایی را می ریزند که در سایر نقاط بدن پخش می شوند. این سلول‌ها می‌توانند تومورهای اضافی را ایجاد کنند، فرآیندی به نام متاستاز.

پان گفت: “متاستاز یک چالش بزرگ است، به ویژه در مورد سرطان هایی مانند سرطان پستان سه گانه منفی و قاعده مانند.” تشخیص سرطان ممکن است سخت باشد و در طول یک ماموگرافی معمولی خود را نشان نمی دهد، و در درجه اول جمعیت جوانتر یا آفریقایی آمریکایی را که ممکن است هنوز مراقبت های پیشگیرانه دریافت نکرده باشند، تحت تاثیر قرار می دهد. نتیجه می تواند بسیار بسیار ضعیف باشد، بنابراین واضح است نیاز بالینی برآورده نشده برای درمان های موثرتر زمانی که سرطان به اندازه کافی زود تشخیص داده نمی شود.”

این تیم یک نانوذره اسب تروجان ساختند که آن را با مولکول‌های چربی طراحی شده مخصوصی که شبیه لیپیدهای طبیعی هستند پنهان کرده و آن را پر از مولکول‌های CRISPR-Cas9 کرد. این مولکول‌ها می‌توانند مواد ژنتیکی یک سلول را هدف قرار دهند، یک ژن خاص را شناسایی کرده و آن را از بین ببرند یا آن را بی‌اثر کنند. در این مورد، سیستم جعبه چنگال انسان c1 (FOXC1) را هدف قرار داد که در تحریک متاستاز نقش دارد.

پان لیپیدهای طراح را به عنوان “zwitteronic” توصیف کرد، به این معنی که آنها دارای بار تقریباً خنثی بر روی پوسته نانوذره هستند. این امر از حمله سیستم ایمنی بدن به نانوذرات جلوگیری می کند -; زیرا به عنوان یک مولکول غیر تهدید کننده و عادی پنهان شده است – و می تواند به آزادسازی محموله کمک کند، اما تنها زمانی که لیپیدها محیط pH پایین سلول سرطانی را تشخیص دهند. برای اطمینان از اینکه لیپیدها فقط در pH پایین فعال می شوند، محققان آنها را طوری طراحی کردند که پس از وارد شدن به ریزمحیط اسیدی تر تومور، بارهای خود را به مثبت تغییر دهند و باعث آزاد شدن محموله شوند.

اما بدنه مکان وسیعی است، بنابراین چگونه محققان می‌توانند مطمئن شوند که محموله CRISPR-Cas9 به هدف صحیح رسیده است؟ برای اطمینان از اینکه نانوذره به سلول‌های مناسب متصل می‌شود، یک مولکول چسبنده سلول اپیتلیال (EpCAM) را که به سلول‌های سرطان سینه شبیه پایه متصل می‌شود، متصل کردند.

پان گفت: “هیچ کس تا به حال تلاش نکرده است تا یک سلول سرطانی شبیه به سینه را با سیستم تحویل پاسخگوی زمینه که می تواند ژن مورد نظر را به طور ژنتیکی از بین ببرد، هدف قرار دهد.” ما اولین کسی هستیم که نشان می‌دهیم می‌توان آن را انجام داد.»

برخی دیگر سیستم‌های انتقال ویروسی، ربودن یک ذره ویروس برای انتقال درمان به سلول‌ها و سیستم‌های انتقال غیر ویروسی با استفاده از نانوذرات توسعه داده‌اند. پان گفت، تفاوت رویکرد تیمش، لیپید سطحی است که فقط در محیط هدف طراحی شده است، که پتانسیل انتقال خارج از هدف و آسیب به سلول‌های سالم را کاهش می‌دهد. همچنین، او افزود، از آنجایی که بدن لیپیدها را تهدیدی نمی‌داند، شانس کمتری برای پاسخ ایمنی وجود دارد که آنها در آزمایش‌های خود تأیید کردند.

این تیم ابتدا این رویکرد را در سلول‌های سرطان سینه سه‌گانه منفی انسان آزمایش کرد و تأیید کرد که این نانوذره سیستم CRISPR/Cas9 را در محیط صحیح مستقر می‌کند. آنها تأیید کردند که این نانوذره می‌تواند راه خود را به سمت تومور در مدل موش پیدا کند، سیستم را مستقر کند و FOXC1 را با موفقیت از بین ببرد.

پان گفت، در مرحله بعد، محققان قصد دارند به آزمایش پلت فرم نانوذرات با هدف نهایی استفاده از آن به صورت بالینی در انسان ادامه دهند.

پان گفت: «ما همچنین در حال بررسی چگونگی استفاده از فناوری پلتفرم هستیم. ما می‌توانیم مولکول‌های روی سطح، محموله‌ای که با خود حمل می‌کند، سفارشی کنیم و از آن برای تشویق بهبود در مناطق دیگر استفاده کنیم. این پلتفرم پتانسیل زیادی دارد.»

نویسنده اول پاریکشیت مویترا، استادیار پژوهشی مهندسی هسته ای در آزمایشگاه پان در ایالت پن در زمان مطالعه بود و اکنون استادیار موسسه آموزش علوم و تحقیقات هند در برهامپور است. دیوید اسکرودزکی، متیو مولینارو، نیوتا گوناسیلان، همه دانشجویان دکترا در ایالت پن. دیناباندو سار، دانشگاه ایلینوی، اوربانا-شامپین؛ ترزا آدیتیا، محقق فوق دکتری مهندسی هسته ای در ایالت پن. دیپندرا داهال و پریانکا ری، هر دو محقق فوق دکترا در آزمایشگاه پان در موسسه قبلی او در دانشگاه مریلند بالتیمور.