Wetenschappers van de Universiteit van Genève (UNIGE) hebben een hulpmiddel ontwikkeld dat licht gebruikt om nauwkeurig te bepalen wanneer en waar medicijnen beginnen te werken, zodat ze precies daar werken waar ze nodig zijn. Om medicamenteuze behandelingen effectief te laten zijn en de bijwerkingen tot een minimum te beperken, moeten ze op de juiste tijd en plaats werken – iets dat een ongrijpbare uitdaging blijft.
Nu heeft een team van biologen en scheikundigen van de Universiteit van de Verenigde Naties een systeem ontwikkeld dat moleculen activeert met korte lichtpulsen van slechts een paar seconden. Door één eiwit te testen dat essentieel is voor de celdeling, zou de methode kunnen worden toegepast op andere moleculen, met veelbelovende toepassingen in zowel onderzoek als geneeskunde. Het zou zelfs bestaande behandelingen kunnen verbeteren, zoals die voor huidkanker. De bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Nature Communications.
Nadat het medicijn het menselijk lichaam is binnengekomen, beïnvloedt het niet alleen het doelorgaan, maar verspreidt het zich ook door het lichaam, waardoor het hele lichaam wordt aangetast. Dit gebrek aan nauwkeurigheid kan tot twee grote risico's leiden: het medicijn bereikt de doellocatie mogelijk niet effectief, waardoor de beoogde werkzaamheid afneemt, of het kan ernstige bijwerkingen veroorzaken. Alleen al in Zwitserland lijden jaarlijks duizenden mensen aan ernstige bijwerkingen die verband houden met medicijnen.
Het idee is simpel: activeer het medicijn precies op een vooraf bepaalde locatie. Het omzetten van dit idee in realiteit is echter complex. Indien succesvol zou deze aanpak wetenschappers in staat kunnen stellen eiwitten in specifieke delen van het lichaam te activeren of deactiveren, waardoor ze hun functie beter kunnen begrijpen en gerichte behandelingen kunnen verbeteren.
"Het begon allemaal met dit methodologische probleem", herinnert Monika Gota zich, professor aan de afdeling Celfysiologie en Metabolisme aan de Faculteit Geneeskunde van de UNU School of Education, die het onderzoek mede initieerde en coördineerde met Nikolai Winsinger, professor aan de afdeling Organische Chemie aan de Faculteit Wetenschappen van de UNU School of Education. "We waren op zoek naar een manier om Plk1, een eiwit dat betrokken is bij de celdeling, te remmen, wanneer en waar we de functie ervan tijdens de ontwikkeling van het organisme beter wilden begrijpen."
"Door expertise op het gebied van chemie en biologie te combineren, hebben de wetenschappers het Plk1-remmermolecuul zo ontwikkeld dat het door lichtpulsen kan worden geactiveerd. Via een complex proces hebben we de actieve plaats van de remmer geblokkeerd met een coumarinederivaat, een stof die van nature in bepaalde planten voorkomt." zei eerste auteur Victoria von Glasenapp, een postdoctoraal onderzoeker in de laboratoria van professor Gota van de afdeling Geneeskunde en professor Wenzinger van de School of Science.
"De uitdaging voor ons bleef een manier vinden om de remmer te verankeren op de exacte locatie in het lichaam waar hij moet inwerken", legt Nicholas-Winsinger uit. "Daarom hebben we de remmer zodanig aangepast dat deze vast kwam te zitten in de doelcel door een moleculair anker toe te voegen dat alleen onder licht vrijkomt." Hierdoor konden we de remmer met dezelfde lichtpuls activeren en verankeren, waardoor Plk1 werd geïnactiveerd en de celdeling op de precies gewenste locatie werd gestopt. "
Het door wetenschappers ontwikkelde systeem kan licht gebruiken om de activiteit van moleculen in organismen in ruimte en tijd te controleren. Het kan op verschillende moleculen worden toegepast, waardoor het medicijn alleen wordt geactiveerd waar dat nodig is. In de toekomst zou een eenvoudige laser de behandeling dus precies daar kunnen activeren waar deze nodig is, terwijl het omliggende gezonde weefsel wordt gespaard en zo ongewenste bijwerkingen worden beperkt. "We hopen dat onze hulpmiddelen op grote schaal zullen worden gebruikt, waardoor een beter begrip ontstaat van hoe organismen functioneren en, op de lange termijn, de ontwikkeling van plaatsspecifieke behandelingen", besluit Monica Gotta.
Samengesteld uit /ScitechDaily