Aus Kompost gewonnenes Bakterium könnte die Nebenwirkungen von Chemotherapeutika verringern
Die Kraft der Proteine für die Medizin nutzen: "Wir haben das Auto gebaut, jetzt müssen wir lernen, wie man es fährt"
Neue Forschungsarbeiten unter der Leitung der University of Sydney haben das Potenzial von künstlich hergestellten Proteinen für eine präzisere Verabreichung von Medikamenten im Körper aufgezeigt.
Die Machbarkeitsstudie könnte potenziell den Weg für die Entwicklung einer präziseren Verabreichung von zytotoxischen Medikamenten ebnen. Die in der Chemotherapie häufig verwendeten Medikamente töten Zellen ab und können erhebliche Nebenwirkungen verursachen, wenn sie nicht genau an den Ort der Krankheit gelangen, gegen die sie gerichtet sind.
Unter der Leitung von Dr. Taylor Szyszka und Prof. Yu Heng Lau von der Fakultät für Chemie der Universität hat ein Forscherteam Proteinkäfige entwickelt, in die ein häufig verwendetes Chemotherapeutikum verpackt werden kann. Ihre Ergebnisse wurden heute in der führenden Chemiezeitschrift Angewandte Chemie International Edition veröffentlicht.
Proteine, die den meisten als Nahrungsquelle bekannt sind, sind für unsere Existenz in vielerlei Hinsicht unerlässlich. In jeder menschlichen Zelle gibt es 42 Millionen Proteine, und jedes Protein besteht aus unterschiedlichen Konfigurationen von 20 verschiedenen Aminosäuren. Die Eigenschaften dieser Aminosäuren bestimmen die Merkmale und die Funktion eines Proteins.
"Nahezu alles, was in einer Zelle passiert, vom Aufbau der Schutzmembranen bis zur Energieerzeugung, erfordert ein Protein", so Dr. Szyszka.
Dr. Szyszka und ihr Team erforschen und entwickeln Proteinkäfige, Gruppen identischer Proteine, die zu einer kugelförmigen Hülle zusammengebunden sind. Sie konzentrieren sich dabei auf Encapsuline – eine Untergruppe der Proteinkäfige –, die sehr stabil sind und ihre Ladung vor Angreifern von außen schützen und auch deren Entweichen verhindern können.
Das dieser Forschung zugrunde liegende Encapsulin wurde erstmals 2019 von US-Forschern in Bakterien identifiziert, die in einem Komposthaufen gefunden wurden. Das Team von Dr. Szyszka baute das neu entdeckte Encapsulin um, indem es es mit einem anderen Protein verschmolz. Dadurch wurde verhindert, dass sich das Encapsulin vor der Zugabe des Medikaments zusammensetzt; wäre dies der Fall gewesen, hätte das Encapsulin keine Medikamente aufnehmen oder transportieren können.
Die Forscher beluden dann ihr verbessertes Encapsulin mit Doxorubicin, einem Chemotherapeutikum, und lösten erfolgreich dessen Zusammenbau in vitro, außerhalb eines lebenden Organismus, aus.
"Doxorubicin ist ein fluoreszierendes Medikament, und das Fluoreszenzsignal, das wir nach der Beladung detektiert haben, zeigt, dass das Medikament während der von uns ausgelösten Encapsulin-Assemblierung erfolgreich verpackt wurde", so Dr. Szyszka.
"Das ist eine Premiere. Bisher war es nicht möglich, Medikamente effizient in Encapsuline zu verpacken. Bisher war dies nur möglich, indem man die Encapsuline auseinander nahm, sie mit einem Medikament belud und dann wieder zusammensetzte – ein umständlicher Prozess, der die Stabilität der Encapsuline beeinträchtigt."
Die Ergebnisse markieren ein sehr frühes Anfangsstadium der Nutzung von Encapsulinen als neuer, präziser Mechanismus zur Verabreichung von Medikamenten. Der nächste Schritt in dieser Forschung besteht darin, das Protein-Engineering des Encapsulins fortzusetzen, damit es gezielt zu seinem Bestimmungsort navigieren kann.
"Jetzt geht es darum, das Äußere der Hülle so zu gestalten, dass das von uns entwickelte Encapsulin auf bestimmte Zellen abzielen kann", so Dr. Szyszka. "Wenn es beispielsweise ein Medikament zur Behandlung von Lebererkrankungen enthält, wollen wir, dass das Encapsulin seinen Weg zu den Leberzellen findet.
"Wir haben das Auto gebaut, jetzt müssen wir lernen, wie man es fährt."
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