Ein Team von Wissenschaftlern hat ein molekulares System entworfen, das Krebszellen mit noch nie dagewesener Präzision erkennt und ausschaltet. Dies ebnet den Weg für autonome und selbstregulierende Medikamente.
Wie lassen sich Krebszellen zerstören, ohne gesundes Gewebe zu schädigen? Dies ist eine der zentralen Herausforderungen in der Onkologie. Mithilfe synthetischer DNA-Stränge hat ein Team der Universität Genf (UNIGE) ein "intelligentes" System geschaffen, das Krebszellen mit außergewöhnlicher Präzision erkennen und starke Medikamente nur dort freisetzen kann, wo sie benötigt werden.
Über die Krebsbehandlung hinaus eröffnet diese Forschung den Weg zu einer neuen Generation autonomer und selbstregulierender Medikamente. Diese Arbeit wurde in
Nature Biotechnology veröffentlicht.
Die Möglichkeit, Tumorzellen direkt mit spezialisierten Medikamenten anzugreifen, revolutioniert die Krebsbehandlung. Sie ermöglicht es, gesundes Gewebe zu schonen und die Nebenwirkungen der Chemotherapie zu verringern. Zu den vielversprechendsten Behandlungen gehören Antikörper-Wirkstoff-Konjugate (ADC), die monoklonale Antikörper nutzen, um Medikamente direkt zu den Krebszellen zu transportieren. Obwohl extrem wirksam, leiden ADCs jedoch unter einer geringen Eindringtiefe in das Gewebe und einer begrenzten Kapazität für Wirkstoffbeladung.
Um dies zu beheben, haben Wissenschaftler eine neue Technologie entwickelt, die auf synthetischen DNA-Strängen basiert. Aufgrund ihrer geringen Größe bewegen sich DNA-Komponenten leichter durch Tumore als herkömmliche, auf Antikörpern basierende Therapien, die oft größer sind und in der Menge an Wirkstoffmolekülen, die sie tragen können, begrenzt sind.
Gezielter und wirksamer
In diesem neuen System transportieren unabhängige DNA-Stränge jeweils eine separate Komponente: Zwei Stränge sind mit verschiedenen Krebsmarkern assoziiert, während ein dritter mit einem zytotoxischen Medikament, also einem zellzerstörenden Wirkstoff, verbunden ist. Wenn die beiden spezifischen Krebsmarker gleichzeitig ihr Ziel identifizieren und daran binden, fügen sich die verschiedenen DNA-Trägerstränge selbst zusammen, um die Wirkung des zytotoxischen Medikaments auszulösen.
Diese Zusammenfügung ermöglicht die Verabreichung höherer Medikamentenkonzentrationen, verstärkt durch mehrere DNA-Fragmente, die sich dort zusammenbauen, wo es nötig ist. Ähnlich wie die Zwei-Faktor-Authentifizierung auf einer Bank-Website findet dieser Prozess nur statt, wenn beide Krebsmarker vorhanden sind. Fehlt einer der Marker, kann die Hybridisierungskettenreaktion nicht starten und das Medikament bleibt inaktiv.
Intelligente DNA-basierte Medikamente.
Wenn die beiden "Detektoren" gleichzeitig die Biomarker 1 (blau) und 2 (rot) auf der Oberfläche einer erkrankten Zelle erkennen, fügen sich die DNA-Fragmente wie ein Puzzle zusammen und lösen eine Kettenreaktion aus, die das Medikament im Herzen dieser Zelle freisetzt, während die benachbarten gesunden Zellen bestmöglich geschont werden.
Adaption von Abbildung 1 des Originalartikels. Im Labor ermöglichte diese Technologie die erfolgreiche Identifizierung von Krebszellen mit spezifischen Kombinationen von Oberflächenproteinen und die selektive Verabreichung starker Medikamente, ohne benachbarte gesunde Zellen zu schädigen. Die Wissenschaftler haben auch gezeigt, dass es möglich ist, mehrere Wirkstoffe in derselben Behandlung zu kombinieren, eine Strategie, die dazu beitragen könnte, Medikamentenresistenzen zu verhindern oder zu überwinden.
"Dies könnte einen bedeutenden Fortschritt in der Entwicklung der Medizin bedeuten, mit der Einführung autonomer Medikamente. Bislang halfen uns Computer und KI dabei, neue Medikamente zu entwerfen. Das Neue hier ist, dass das Medikament selbst, und auf einfache Weise, 'rechnen' und intelligent auf biologische Signale antworten kann", erklärt Nicolas Winssinger, ordentlicher Professor am Departement für Organische Chemie der Sektion Chemie und Biochemie der Fakultät für Naturwissenschaften der UNIGE und Letztautor dieser Studie.
Wie ein "Computer"
So wie Computer auf einfachen logischen Operationen (und, oder, nicht) aufbauen, wendet diese Technologie das gleiche Prinzip auf molekularer Ebene an. In dieser ersten Demonstration garantiert ein logisches "Und"-Gatter die Aktivierung nur, wenn zwei Krebs-Biomarker vorhanden sind, was das Medikament hochselektiv macht.
Zukünftige Behandlungen könnten weitere logische Funktionen integrieren, die es ihnen ermöglichen, sich an die einzigartige und komplexe Reaktion jedes Patienten und jeder Patientin anzupassen und Nebenwirkungen zu minimieren. Anstatt die menschliche Aufsicht zu ersetzen, zielen diese Innovationen darauf ab, Therapien gezielter und wirksamer zu machen und so neue Hoffnung auf eine personalisierte Behandlung zu bieten.
Diese Forschung wurde vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) unterstützt und baut auf den grundlegenden Arbeiten des vorherigen NCCR Chemical Biology-Programms auf.
Quelle: Universität Genf