MIT Chemieingenieure haben entdeckt, dass Arrays von Milliarden von Nanosensorenhaben einzigartige Eigenschaften , die helfen könnten Pharmaunternehmen produzieren Medikamente - vor allem solche, die auf Antikörper - sicher und leistungsfähig .
Mit Hilfe dieser Sensoren konnten die Forscher in der Lage, Schwankungen in der Bindungsstärke der Antikörper-Medikamenten , die Versprechen zur Behandlung von Krebs und anderen Krankheiten halten charakterisieren. Sie verwendeten auch die Sensoren , um die Struktur von Antikörpermolekülen zu überwachen , einschließlich , ob sie eine Kette von Zucker, die mit der richtigen Funktion stört enthalten .
"Dies könnte dazu beitragen, Pharmaunternehmen , herauszufinden, warum bestimmte Arzneiformen besser als andere , und kann dazu beitragen, ihre Wirksamkeit ", sagt Michael Strano ein MIT-Professor für Chemieingenieurwesen und leitende Autor eines kürzlich erschienenen Arbeit beschreibt die Sensoren in der Fachzeitschrift ACS Nano .
Das Team zeigte auch , wie Nanosensor -Arrays verwendet werden, um festzustellen, welche Zellen in einer Population von genetisch veränderten , die produktivste oder wünschenswert sind drogenproduzierenden Zellen , sagt Strano .
Lead-Autor des Papiers ist Nigel Reuel , ein Doktorand in Strano Labor . Die Labore von MIT Dozenten Krystyn Van Vliet , Christopher Love and Dane Wittrup beigetragen , zusammen mit Wissenschaftlern von Novartis .
Testing Medikament Stärke
Strano und andere Wissenschaftler haben bereits gezeigt , dass die winzigen , nanometergroßen Sensoren, wie Kohlenstoff-Nanoröhren , bieten eine leistungsfähige Methode, um winzige Mengen einer Substanz zu erkennen. Kohlenstoff-Nanoröhren sind 50.000 -mal dünner als ein menschliches Haar , und sie an Proteine , die ein spezifisches Zielmolekül erkennen und binden können . Wenn das Ziel vorhanden ist, verändert sie die durch die Nanoröhre in einer Weise , dass die Wissenschaftler erkennen erzeugt Fluoreszenzsignal .
Einige Forscher versucht, große Anordnungen von Nanosensoren , wie beispielsweise Kohlenstoff -Nanoröhrchen oder Halbleiter-Nanodrähte , die jeweils angepasst für eine andere Zielmolekül zu nutzen , um viele verschiedene Ziele gleichzeitig zu detektieren. In der neuen Studie , Strano und seine Kollegen wollten einzigartige Eigenschaften, die von großen Arrays von Sensoren, die alle erkennen die gleiche Sache hervorgehen zu erkunden.
Das erste Merkmal , entdeckten sie durch mathematische Modellierung und Experimente ist , dass einheitliche Anordnungen kann die Verteilung der Bindungsstärke der komplexe Proteine wie beispielsweise Antikörper zu messen. Antikörper sind natürlich vorkommende Moleküle, die eine wichtige Rolle bei der Fähigkeit des Körpers zu erkennen und zu verteidigen gegen fremde Eindringlinge zu spielen. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler entwickeln Antikörper gegen Krankheiten, insbesondere Krebs, zu behandeln. Wenn diese Antikörper gegen Proteine, die auf Krebszellen zu binden, sie stimulieren das körpereigene Immunsystem zum Angriff Tumor .
Für Antikörper-Medikamenten wirksam zu sein , müssen sie dringend ihre Target binden . Jedoch das Herstellungsverfahren , die sich auf nicht-menschliche , gentechnisch veränderten Zellen beruht , nicht immer erzeugen konsistente, gleichförmig bindende Chargen von Antikörpern.
Derzeit nutzen Pharmaunternehmen zeitaufwendige und teure Analyseverfahren , um jede Charge zu testen und sicherzustellen, dass sie die gesetzlichen Standards entspricht für die Wirksamkeit. Allerdings könnte die neue MIT Sensor diesen Prozess sehr viel schneller zu machen, so dass die Forscher nicht nur eine bessere Überwachung und Kontrolle der Produktion, sondern auch für die Feinabstimmung des Herstellungsprozesses , um eine gleichbleibende Produkt erzeugen .
" Man könnte die Technologie nutzen, um Chargen zurückweisen , sondern im Idealfall Sie es in Ihrem Upstream Prozessentwicklung nutzen, um Kulturbedingungen besser zu definieren möchten möchten, so ist, dann würden Sie nicht produzieren falsche viel ", sagt Reuel .
Mess schwache Wechselwirkungen
Ein weiteres nützliches Merkmal dieser Sensoren ist ihre Fähigkeit, sehr schwache Bindungswechselwirkungen , die auch mit dem Antikörper Arzneimittelherstellung helfen könnte zu messen.
Antikörper werden üblicherweise mit langen Zuckerketten durch einen Prozess namens Glykosylierung beschichtet. Diese Zuckerketten sind notwendig , damit die Medikamente wirksam zu sein, aber sie sind sehr schwer zu erkennen , weil sie so schwach in Wechselwirkung mit anderen Molekülen sind . Drogen Herstellung Organismen, Antikörper zu synthetisieren sind ebenfalls programmiert, um Zuckerketten hinzuzufügen, aber der Prozess ist schwierig zu kontrollieren und wird stark durch die Umgebungsbedingungen der Zellen , einschließlich Temperatur und Azidität .
Ohne entsprechende Glykosylierung können Antikörper an einen Patienten abgegeben eine unerwünschte Immunantwort hervorrufen oder durch die Körperzellen zerstört werden , wodurch sie nutzlos.
"Das war ein Problem für die Pharmaunternehmen und Forscher gleichermaßen versuchen, glykosylierte Proteine messen durch die Anerkennung der Kohlenhydrat Kette ", sagt Strano . " Was für ein Nanosensor -Array tun können, ist die Anzahl der Möglichkeiten, seltene Bindungsereignisse erkennen erheblich erweitern . Sie können messen , was man sonst nicht in der Lage, mit einem einzigen , größeren Sensor mit der gleichen Empfindlichkeit quantifizieren. "
Dieses Tool könnte Forschern helfen zu bestimmen, die optimalen Bedingungen für den richtigen Grad der Glykosylierung auftreten , wodurch es einfacher , konsequent wirksame Medikamente zu produzieren.
Mapping Produktion
Die dritte Eigenschaft die Forscher entdeckt, ist die Fähigkeit, die Produktion eines Moleküls von Interesse zuzuordnen. " Eines der Dinge, die Sie gerne tun ist, finden Stämme von bestimmten Organismen, die die therapeutische , die Sie möchten zu produzieren ", sagt Strano . " Es gibt viele Möglichkeiten dies zu tun , aber keiner von ihnen einfach sind . "
Das MIT-Team festgestellt, dass durch Züchten der Zellen auf einer Oberfläche mit einer Anordnung von nanometergroßen Sensoren überzogen , konnten sie die Lage der produktivsten Zellen nachzuweisen . In dieser Studie, die sie für ein von gentechnisch menschliche embryonale Nierenzellen produzierte Antikörper , aber das System kann auch auf andere Proteine und Organismen zugeschnitten werden.
Sobald die produktivsten Zellen identifiziert werden , suchen Forscher nach Genen, die diese Zellen zu unterscheiden von den weniger produktiven und Ingenieur eine neue Sorte, die sehr produktiv ist , sagt Strano .
Die Forscher haben eine Aktentasche großen Prototyp ihres Sensor, sie planen, mit Novartis, die die Forschung zusammen mit der National Science Foundation testen gebaut.
" Kohlenstoffnanoröhren zu proteinbindenden Einheiten gekoppelt sind für mehrere Bereiche der bio- Fertigung interessant, da sie ein großes Potenzial für die Online-Überwachung der Produktebene und Qualität. Unsere Zusammenarbeit hat gezeigt, dass Fluoreszenzsensoren Kohlenstoff-Nanoröhrchen -basierten gelten für solche Zwecke , und ich bin gespannt auf die Reifung der Technologie zu folgen ", sagt Ramon Wahl, ein Autor des Papiers und ein leitender Wissenschaftler bei Novartis .