Kanker: 'Pemberian obat yang cerdas' sedang dalam perjalanan
Penelitian baru membuka jalan untuk pengiriman obat antikanker ke dalam tumor dengan tingkat presisi yang belum pernah ada sebelumnya.
Sistem "pengiriman obat cerdas" yang baru menggunakan kapsul nano yang hanya akan melepaskan beban obatnya saat ia menemukan dua sinyal tumor dalam urutan yang benar.
Makalah "bukti prinsip" - sekarang diterbitkan di jurnal Ilmu Kimia - menjelaskan bagaimana sistem bekerja dengan sukses dalam menanggapi urutan dua kondisi yang terjadi di dalam tumor.
Kondisi pertama adalah peningkatan keasaman di atas ambang tertentu, dan yang kedua adalah adanya zat yang disebut glutathione, yang kadarnya lebih tinggi pada jenis tumor tertentu.
Memenuhi dua kondisi ini - dalam urutan yang tepat - menginformasikan nanocapsule bahwa ia memasuki "lingkungan mikro tumor multistage," menyebabkannya melepaskan beban obatnya. Jika hanya memenuhi satu kondisi, atau bertemu mereka dalam urutan terbalik, itu tidak melepaskan obat.
Penulis studi senior Wei-Hong Zhu, seorang profesor kimia di Universitas Sains dan Teknologi China Timur di Shanghai, dan timnya menguji sistem tersebut terlebih dahulu di sel laboratorium, dan kemudian pada tikus hidup.
'Obat-obatan generasi baru'
Nanocapsule melepaskan penanda fluoresen unik - satu ketika memenuhi kondisi pertama, dan lainnya, berbeda ketika memenuhi kondisi kedua - yang berarti bahwa kemajuan pengiriman obat dapat diikuti secara akurat saat terjadi.
Ini membuka kemungkinan untuk menggunakan sistem sebagai "sensor fluoresen pintar" untuk diagnosis yang lebih akurat.
Prof Zhu mengatakan bahwa dia dan rekan-rekannya percaya bahwa penelitian ini akan mengarah pada "generasi baru obat" yang dapat diprogram untuk menanggapi rangsangan tertentu dengan cara yang logis.
Salah satu alasan mengapa sistem baru mereka membawa pengiriman obat ke tingkat lain adalah karena sistem tersebut menggunakan "logika AND berbasis urutan" dan bukan logika OR untuk memicu pelepasan obat.
Sistem pengiriman yang menggunakan logika OR melepaskan obat ketika obat memenuhi salah satu kondisi yang diprogram untuk merespons.
Sebaliknya, dengan logika AND berbasis urutan, sistem hanya melepaskan obat jika kedua kondisi terpenuhi dalam urutan yang benar.
Para ilmuwan menyarankan bahwa pendekatan ini lebih melindungi obat dari "lingkungan yang merusak dan interaksi yang tidak diinginkan" dan memastikan pemicu pelepasan yang lebih akurat "bila diperlukan".
Bagaimana itu bekerja
Meskipun mudah untuk menggambarkan sistem penghantaran obat sebagai "kapsul nano yang menutupi muatan obat," cara kerjanya tidak sepenuhnya seperti ini.
Sistem ini sebenarnya terdiri dari molekul panjang yang terdiri dari tiga bagian. Yang pertama mengeluarkan sinyal fluorescent, yang kedua adalah "prodrug", dan yang ketiga adalah "polymer tail" yang panjang. Prodrug memetabolisme menjadi obat antikanker saat dilepaskan.
Ini menanggapi "sangat sensitif" terhadap perubahan pH, atau keasaman. Dan ketika berpindah dari aliran darah (di mana keasaman lebih rendah) ke lingkungan tumor (di mana keasaman lebih tinggi), ia merasakan penurunan pH.
Sementara pH lebih tinggi dari ambang batas yang diprogram, molekul panjang membentuk bentuk yang disebut "misel". Ini menyerupai bola, dengan semua ekor polimer di luar dan unit fluoresen di tengah. Dalam formasi ini, sinyal fluorescent ditekan.
Tetapi ketika misel memasuki lingkungan di mana pH turun di bawah ambang tertentu, pembentukannya dibatalkan dan molekul panjang dilepaskan.
Hal pertama yang terjadi adalah sinyal fluorescent tidak lagi ditekan dan dapat dideteksi. Ini menunjukkan bahwa kondisi pertama dari logika AND (penurunan pH) telah terpenuhi.
Pembebasan molekul panjang memungkinkan kondisi kedua, ketika bertemu, memiliki efek. Dalam kasus ini, paparan glutathione memutuskan hubungan antara molekul panjang dan prodrug. Setelah diluncurkan, prodrug kemudian bebas untuk dimetabolisme menjadi obat antikanker aktif.
Dua sinyal fluoresen
Kehilangan prodrug berarti molekul panjang menjadi lebih pendek, menyebabkan pergeseran "warna", atau panjang gelombang, dari sinyal fluoresen - yang masih dipancarkan - "dari hijau ke ungu-merah." Ini menandakan bahwa kondisi kedua dari logika AND telah terpenuhi dalam urutan yang benar.
Para penulis mencatat bahwa fluoresensi panjang gelombang ganda ini membuat sistem "cocok untuk melakukan pencitraan biologis tiga dimensi secara waktu nyata", yang dapat menjadi "alat yang ampuh untuk diagnosis penyakit yang akurat, terutama untuk lesi yang mencurigakan."
Ketika tim menguji sistem pada sel dan pada tikus hidup, ditemukan bahwa itu menunjukkan "kemampuan penargetan tumor multistage yang sangat baik." Pada tikus, itu juga menunjukkan "peningkatan signifikan dalam aktivitas antitumor […] hampir memberantas tumor."
"Nanoprobe sense-of-logic ini menyediakan prototipe untuk pengembangan probe biosensing cerdas in vivo untuk sistem penghantaran obat yang dapat diprogram secara tepat."
Prof Wei-Hong Zhu
