Burada resmedilen MOF-Jet, gen terapilerini iğne ağrısı olmadan hücrelere “vurabilir”. Kredi: Jeremiah Gassensmith
Bilim adamları, toz aşılar ve sıkıştırılmış gazla çalışan “MOF-Jet” kullanarak ağrısız bir aşı uygulama yöntemi geliştirmeye yönelik adımlar attılar. Bu sistem, iğnelere veya soğutmaya ihtiyaç duymadan potansiyel olarak kansere ve diğer hastalıklara karşı terapötikler sağlayabilir. ACS İlkbahar 2023 hibrit toplantısında sunulan proje, salgın sırasında baş araştırmacı Dr. Jeremiah Gassensmith’in evde sıkıştırılmış gazla çalışan jet enjeksiyon sistemlerini denediği sırada tasarlandı.
Kimse beğenmez iğneler, ancak birçok aşının ve biyolojik maddenin vücuda verilmesi için gereklidirler. Peki ya bunlar, köpük bir oyuncakla kola vurulmak gibi, sadece küçük bir basınçla deriden şişirilebilseydi? Bugün, bilim adamları bunu gerçeğe dönüştürmek için atılan adımları bildiriyor. Soğutma gerektirmeyen toz aşılar ve sıkıştırılmış gazla çalışan bir sistem kullanan “MOF-Jet”leri, kansere ve diğer hastalıklara karşı terapötikleri nispeten acısız bir şekilde kolayca sağlayabilir.
Araştırmacılar sonuçlarını sunacak Amerikan Kimya Derneği’nin (ACS) bahar toplantısında. ACS Bahar 2023, 26-30 Mart tarihlerinde sanal olarak ve yüz yüze yapılan karma bir toplantıdır ve çok çeşitli bilim konularında 10.000’den fazla sunum içerir.
{6 }Proje fikri, pandemi kaynaklı can sıkıntısından doğdu. Projenin baş araştırmacısı, Jeremiah Gassensmith, Ph.D., evde sıkışıp kaldığın süre boyunca uğraşmak için sıkıştırılmış gazla çalışan bir jet enjeksiyon sisteminin ucuz parçalarını sipariş etmişti. Daha sonra, herkes kampüse döndükten sonra, “Bununla neler yapabileceğinizi görün” talimatıyla birlikte parçaları laboratuvarda yüksek lisans yapan Yalini Wijesundara’ya teslim etti.
Sunum yapan Wijesundara toplantıdaki çalışma, bu talimatları adım adım aldı. Daha önce, dar bir sıvı akışı enjekte etmek için sıkıştırılmış gaz kullanan 1960’lara dayanan diğer jet enjektörlerini araştırmıştı. Enjektörler katıları ateşleyecek şekilde modifiye edilebilirse, metal-organik çerçeveler veya MOF’ler ile kaplanmış kargoları da teslim edebileceklerini düşündü. Bu çerçeveler, nükleik asitler ve proteinler dahil olmak üzere çok çeşitli malzemeleri kapsüllemek için moleküler “kafesler” gibi davranan gözenekli, kristalli yapılardır. Wijesundara, jet enjektörü laboratuvarın MOF’ler üzerindeki mevcut çalışmasıyla birleştirerek bir “MOF-Jet” yarattı. Jet, kelimenin tam anlamıyla hava ile vurarak tozları hücrelere iletebilir. Hem Gassensmith hem de Wijesundara, Dallas’taki Texas Üniversitesi’nde.
Jet enjektörleri daha önce orduda yaygın olarak kullanılıyordu, ancak bunlar ağrılıydı ve sıvı sıklıkla geri sıçrayarak Hepatit B gibi diğer hastalıkları potansiyel olarak yaydı. günümüzün torunu, tipik olarak veterinerlik tıbbında kullanılan ve on binlerce dolara mal olabilen “gen tabancası” dır. Bu cihazlar ayrıca biyolojik kargoyu hücrelere fırlatır. Bu durumda kargo, tipik olarak altından veya tungstenden yapılmış bir metal mikropartikülün yüzeyine tutturulur. Ancak deriye nüfuz ettikten sonra metal parçacıklar orada kalır ve biyolojik malzemenin bozunmasını hızlandırabilir.
Kargoyu bir MOF’un içine koymak farklı bir strateji olabilir. Gassensmith’in grubu daha önce zeolitik-imidazolat çerçeve sekiz veya ZIF-8 olarak adlandırılan MOF ile çalıştı. Wijesundara, “Altına kıyasla ucuz ve nükleik asitler gibi biyolojik malzemeleri koruyor” diye açıklıyor. “Ayrıca, aşı formülasyonlarını toz halinde oda sıcaklığında saklayabiliyoruz, bu da birçok sıvı aşının gerektirdiği aşırı soğuk sıcaklıklara olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor.”
Ekip, ZIF-8’in içine çeşitli biyolojik malzemeler yerleştirdi. onları çok çabuk bozulmaktan korudu. Ekip, malzemeleri hücrelere iletmek için kendi modifiye edilmiş, gen silahından ilham alan “MOF-Jet”ini kullandı. Wijesundara, cihaz için her biri bir doz işlevselleştirilmiş ZIF-8 ile yüklenen “mermiler” yarattı ve bir gaz üflemesi, toz formülasyonu hücrelere ateşledi; bu, “doğrultma ve ateş etme” kadar kolaydı. Sistemlerini test ettiler ve MOF-Jet’in soğan hücrelerine ZIF-8 kaplı bir gen ve farelere ZIF-8 kaplı bir protein verdiğini gösterdiler. Gassensmith’e göre, enjektörden gelen patlama “Nerf mermisi ile vurulmuş gibi” hissettiriyor – iğne batırmaktan çok daha az acı verici.
Wijesundara, MOF-Jet ile kurcalayarak kısa süre sonra şunu fark etti: kargo salınımı, enjektörün taşıyıcı gazı değiştirilerek kolayca ayarlanabilir. ZIF-8 asidik ortamlara karşı hassastır ve karbondioksit hücrelerde su ile reaksiyona girdiğinde, MOF’un parçalanmasına yardımcı olan karbonik asit üretir. “Karbondioksit ile vurursanız, kargosunu hücreler içinde daha hızlı serbest bırakır; normal hava kullanırsanız, dört veya beş gün sürer” diye açıklıyor. Bu, aynı ilacın formülasyonunu değiştirmeden farklı zaman ölçeklerinde salınabileceği anlamına gelir. Gassensmith, “Bunu anladığımızda, pek çok olasılığın önünü açtık” diyor.
Ekip şimdi bu yöntemi, cilt kanserinin en ciddi türü olan melanom için potansiyel bir tedavi olarak kemoterapötikler ve adjuvanlar sağlamak için kullanıyor. . MOF-Jet’in materyali geniş bir alana dağıtabilmesi nedeniyle, bir kanser terapötik maddesini bir melanoma içine, mevcut uygulama yöntemi olan bir iğneden daha eşit bir şekilde dağıtabileceğini söylüyorlar. Ve sadece taşıyıcı gazı kontrol ederek, hastanın ihtiyaçlarına bağlı olarak hızlı veya yavaş salınımlı kemoterapötikler sağlayabilirler. Araştırmalar devam etse de, ön deneyler umut verici sonuçlar veriyor. Wijesundara ve Gassensmith, MOF-Jet’lerinin uyarlanabilirliğinin, veterinerlik tıbbından tarıma ve hatta bir gün insan aşılarına veya tedavilerine kadar çok sayıda uygulamaya izin verebileceğini söylüyor.
Araştırmacılar, Ordu Araştırmalarından destek ve fon sağlandığını kabul ediyor. Laboratuvar, Ulusal Bilim Vakfı ve Welch Vakfı.
Toplantı: ACS Bahar 2023
Başlık
Taşıyıcı gaz, metal-organik çerçevelerden DNA ve protein terapötiklerinin kontrollü biyolistik dağıtımını tetikledi
{ 7}Özet
Protein, DNA ve RNA bazlı ilaçların etkinliği ve özgüllüğü, onları klinikte popüler kılar; ancak, bu ilaçlar genellikle enjeksiyon yoluyla verilir, vasıflı tıbbi personel gerektirir ve biyolojik olarak tehlikeli atık üretir. Burada, formülasyonu değiştirmeden ani veya yavaş salımı sağlayan, kontrollü dağıtımlarına izin veren bir yaklaşımı rapor ediyoruz. Zeolitik-imidazolat çerçeve sekiz (ZIF-8) içinde kapsüllendiğinde, biyomoleküllerin toz formülasyonlarda stabil olduğunu ve canlı hayvan ve bitki dokularına düşük maliyetli gazla çalışan bir “MOF-Jet” ile vurulabileceğini gösteriyoruz. Ek olarak, salınım profilleri, MOF-Jet’te kullanılan taşıyıcı gazın akıllıca seçilmesi yoluyla modüle edilebilir. İn vitro ve in vivo araştırmalarımız, CO2 kullanıldığında, ZIF-8’in anında çözünmesi yoluyla biyomoleküllerin neredeyse anında salınmasına neden olan geçici ve zayıf asidik bir yerel ortam yarattığını ortaya koymaktadır. Tersine, hava kullanıldığında, ZIF-8 biyomolekülleri bir hafta boyunca serbest bırakarak yavaşça biyolojik olarak parçalanır. Bu, temel ve uygulamalı bilim araştırmaları için güçlü bir araç sağlayan ZIF-8 kullanılarak biyomoleküllerin kontrollü biyolistik iletiminin ilk örneğidir.