Bioteknologi
Udnyttelse af Rotaxanstrukturer til Næste Generations Frigivelsessystemer i Medicin og Teknologi
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Lægemiddellevering og Selvreparerende Materialer med Rotaxan
At levere molekyler på et præcist punkt er en meget vanskelig opgave, men det er nødvendigt for mange lægemidler, såsom kræftbehandlinger, at fungere. Indtil nu har de fleste leveringssystemer været begrænset til aktivering gennem kemiske interaktioner eller haft dårlig ydeevne. På samme måde skal selvreparerende materialer frigive reparationssystemet, når de udsættes for mekanisk belastning. Takket være en ny molekylær struktur kaldet rotaxan, opdaget af forskere ved University of Manchester i Storbritannien, kan begge disse innovationer muligvis blive realiseret.
Hvad er en Rotaxan?
Rotaxaner er sammenlåste molekyler, hvor et cirkulært molekyle (donutform) har en længere polymer, der løber gennem dets centrum.
I tilfældet med University of Manchester-opdagelsen brugte de et langt og komplekst molekyle, der er følsomt over for mekanisk kraft.
Langs molekylets kæde knyttede de såkaldte “lastmolekyler”, som er af interesse, i blåt i dette skema:
Kilde: Nature
Når kraft påføres materialet, skubber den donutformede del af rotaxanerne og frigiver lastmolekylerne.
Dette gør denne rotaxan-molekylemodel til en perfekt detektor af både kraft og frigivelsesmekanismer på samme tid.
Kilde: Nature
Forbedrede Rotaxaner
En kraftinduceret kemisk frigivelse er ikke et nyt koncept i sig selv. Tidligere systemer var dog begrænsede i antallet af molekyler, de kunne frigive, med kun ét molekyle pr. kraftdetektor.
“Kraft er allestedsnærværende i naturen og spiller afgørende roller i forskellige processer. Vores mål var at udnytte disse kræfter til transformative anvendelser, især inden for materialets holdbarhed og lægemiddellevering.
“Selvom dette kun er et proof-of-concept-design, tror vi på, at vores rotaxan-baserede tilgang har enormt potentiale med vidtrækkende anvendelser – vi er på randen af nogle virkelig bemærkelsesværdige fremskridt inden for sundhedspleje og teknologi.” – Guillaume De Bo, Professor of Organic Chemistry at The University of Manchester
Alternativt kan fysiske indkapslingsstrategier anvendes til at levere en større last, men disse er ofte udsat for uønsket frigivelse, der ikke er mekanisk.
Det nye rotaxan-design kan i stedet frigive mange molekyler på én gang (op til 5) på en kontrolleret måde.
I praksis kan frigivelse udløses enten af mekanisk stress (for eksempel et stød eller ridse på en telefonskærm) eller målrettet ultralyd, hvilket muliggør målrettet frigivelse af et lægemiddel kun på et tumorsted.
En anden begrænsning ved det tidligere system var begrænsningen af, hvilke typer molekyler der kunne frigives, hvilket gjorde dem uegnede til innovative lægemidler.
Forskerne har demonstreret i deres videnskabelige publikation i Nature at deres system kunne bruges til lægemiddelkombinationer, fluorescerende markører, katalysatorer og monomerer, hvilket åbner mange potentielle anvendelser.
Derudover giver et sådant system mulighed for at frigive forskellige last-enheder i en defineret rækkefølge.
Rotaxan Anvendelser
Biotek
Den mest umiddelbare anvendelse vil være i lægemiddelleveringssystemer. I øjeblikket domineres dette område af den stigende brug af antistof-lægemiddelkoblinger.
Takket være den præcise karakter af ultralydsterapi kunne rotaxan-baserede leveringssystemer muliggøre lægemiddellevering kun på specifikke punkter i kroppen. Systemet er allerede blevet testet til levering af doxorubicin, et potent bredspektret kemoterapeutisk middel.
De indledende forskningsresultater viste en frigivelseseffektivitet på 71 % ved brug af ultrasonik og 65 % i doxorubicin-testen.
Selvreparerende Materialer
Mange materialer, fra metaller til plast, ville have gavn af at kunne “selvhelbrede”, når de udsættes for mekanisk stress, revner eller stød.
Da rotaxaner, der reagerer på mekanisk kraft, kun vil reagere på stresspunktet, kan de bruges til at frigive reparationssystemer præcis der, hvor de er nødvendige, før skaden bliver større.
Dette kan åbne muligheden for selvreparerende skærme, metaldele eller endda beton.
De selvreparerende egenskaber vil ikke vare evigt, men kan betydeligt forbedre materialers holdbarhed. Især fordi det kræver, at skaderne opstår på samme sted to gange, hvor rotaxanerne allerede er udtømte, for at reparations‑egenskaberne fejler.
Sensorer & Sikkerhed
Da dette nye rotaxan-system også kan bruges til at frigive fluorescerende markører (og potentielt farvemarkører), kan det anvendes som et “advarselssystem” for skader, der ellers ville forblive usynlige. Dette kan være meget nyttigt til at afsløre mekanisk stress eller metaltræthed i strukturer og maskiner, før en egentlig katastrofal brud opstår.
Det kan ligeledes bruges til at bekræfte integriteten af en forsegling eller beholder, såsom på farmaceutiske eller fødevarer.
Rotaxan Virksomheder
Rotaxaner er indtil videre en meget eksperimentel klasse af molekyler, som hovedsageligt produceres og studeres i laboratorier. Dog eksperimenterer nogle virksomheder med selvreparerende materialer og ultralydbaseret lægemiddellevering.
1. EXACT Therapeutics (EXTX)
Dette biotek-startup udnytter sine akustisk-medigterede terapier (Acoustic Cluster Therapy or ACT) til at behandle kræft ved at øge optagelsen af kemoterapi i kræftcellerne.
Kilde: Exact Therapeutics
Virksomheden er i øjeblikket i fase 2 af kliniske forsøg for bugspytkirtelkræft og fase 1 for patienter med levermetastaser sekundært til kolorektal kræft.
Den bruger i øjeblikket negativt ladede mikrobobler og positivt ladede mikrodråber, men den kunne i fremtiden også anvende rotaxaner for endnu mere koncentreret og effektiv lægemiddellevering.
2. Arkema (AKE.PA)
Det franske selskab er en producent af kemiske produkter, oprettet som en spin-off fra petrokemiske selskab Total, med fokus på lim, belægninger og avancerede materialer, hver omkring 1/3 af den samlede aktivitet.
Bemærkelsesværdigt har de arbejdet på selvreparerende elastomerer og gummier siden 2009.
Virksomheden er aktiv inden for mange kemiske klasser og anvendes i praktisk talt alle industrier.
Kilde: Arkema
Arkemas strategi er at være den førende leverandør i hver niche, den beskæftiger sig med, og være verdens nr. 1 til nr. 3 i 90 % af porteføljen.
I betragtning af den veletablerede tilstedeværelse inden for selvreparerende materialer og selskabets værdifulde immaterielle rettigheder, kan det gøre dem til en fremragende kandidat til at implementere kommerciel rotaxan-teknologi i fremtiden.
3. Autonomic Materials
Kilde: Autonomic Materials
Det børsnoterede private selskab specialiserer sig i selvhelbredende materialer, især belægninger mod korrosion, med et bredt udvalg af anvendelser og industrier.
Selskabets belægningskemikalier reagerer så snart en mikrosprække opstår, og forhindrer yderligere skade i at sprede sig. Hvis skaden er for stor, forsegler den også kanterne af skadesområdet, hvilket forhindrer tab af vedhæftning og efterfølgende delaminering af belægningen.
Selskabet hævder en meget høj ydeevne, samtidig med at de opnår et meget lavt niveau af VOC (flygtige organiske forbindelser) emissioner, noget der kan være giftigt og forårsage sikkerhedsproblemer i industrielle miljøer.
Kilde: Autonomic Materials
