Bioteknologia
Rotaksaanirakenteiden hyödyntäminen seuraavan sukupolven vapautusjärjestelmissä lääketieteessä ja teknologiassa
Lisää Securities.io suosikkilähteisiisi Google-palvelussa
Lääkkeiden toimitus ja itsekorjaavat materiaalit rotaksaanilla
Molekyylien toimittaminen tarkkaan pisteeseen on erittäin vaikea tehtävä, mutta se on monien lääkkeiden, kuten syöpähoitojen, toimivuuden edellytys. Tähän mennessä suurin osa toimitusjärjestelmistä on rajoittunut kemiallisten vuorovaikutusten aktivoimiseen tai kärsinyt heikosta suorituskyvystä. Samoin itsekorjaavien materiaalien on vapautettava korjausjärjestelmä mekaanisen rasituksen kohdatessa. Kiitos uuden, rotaksaanina kutsutun molekyylirakenteen, jonka on löytänyt Manchesterin yliopiston tutkijat Yhdistyneessä kuningaskunnassa, nämä innovaatiot saattavat olla mahdollisia.
Mikä on rotaksaani?
Rotaksaanit ovat toisiinsa lukittuja molekyylejä, joissa pyöreä (donitsin muotoinen) molekyyli sisältää pidemmän polymerin kulkiessa sen läpi.
Manchesterin yliopiston löydöksen tapauksessa he käyttivät pitkää ja monimutkaista molekyyliä, joka on herkkä mekaaniselle voimalle.
Molekyylin ketjun varrelle he sidottivat niin kutsutut “kuljetusmolekyylit”, jotka on merkitty sinisellä tässä kaaviossa:
Lähde: Nature
Kun materiaaliin kohdistetaan voimaa, rotaksaanien donitsinmuotoinen osa työntää ja vapauttaa kuljetusmolekyylit.
Tämä tekee tästä rotaksaanimallista täydellisen voiman- ja vapautusmekanismin havaitsevan laitteen samanaikaisesti.
Lähde: Nature
Parannetut rotaksaanit
Voimasta aiheutuva kemiallinen vapautus ei ole sinänsä uusi käsite. Aikaisemmat järjestelmät olivat kuitenkin rajoittuneet vapautettavien molekyylien määrässä, jolloin yksi voiman havaitin vapautti vain yhden molekyylin.
“Voimat ovat läsnä kaikkialla luonnossa ja näyttelevät keskeisiä rooleja erilaisissa prosesseissa. Tavoitteemme oli hyödyntää näitä voimia mullistavissa sovelluksissa, erityisesti materiaalin kestävyydessä ja lääkkeiden toimituksessa.”
“Vaikka kyseessä on vain konseptin todistus, uskomme, että rotaksaanipohjainen lähestymistapamme tarjoaa valtavan potentiaalin laajasti sovellettavissa – olemme lähellä todella merkittäviä edistysaskeleita terveydenhuollossa ja teknologiassa.” – Guillaume De Bo, Professor of Organic Chemistry at The University of Manchester
Vaihtoehtoisesti fyysisiä kapselointistrategioita voidaan käyttää suuremman kuormituksen toimittamiseen, mutta ne ovat usein alttiita ei-mekaaniselle ei-toivotulle vapautukselle.
Uusi rotaksaanirakenne voi sen sijaan vapauttaa useita molekyylejä kerralla (enintään 5) hallitusti.
Käytännössä vapautus voidaan käynnistää joko mekaanisella rasituksella (esimerkiksi iskun tai naarmun kautta puhelimen näytöllä) tai kohdennetulla ultraäänellä, mikä mahdollistaa lääkkeen kohdennetun vapautuksen vain kasvaimen paikassa.
Toinen aiemman järjestelmän rajoitus oli vapautettavien molekyylien tyyppien rajoitus, mikä teki siitä sopimattoman innovatiivisille lääkkeille.
Tutkijat ovat osoittaneet tieteellisessä julkaisussaan Nature-lehdessä, että heidän järjestelmäänsä voidaan käyttää lääkekompleksien, fluoresoivien merkkiaineiden, katalyyttien ja monomeerien kanssa, avaten monia mahdollisia sovelluksia.
Lisäksi tällainen järjestelmä tarjoaa mahdollisuuden vapauttaa erilaisia kuormayksiköitä määritellyssä järjestyksessä.
Rotaksaanien sovellukset
Biotekniikka
Lähin sovellus on lääkkeiden toimitusjärjestelmissä. Tällä hetkellä ala on hallitseva antibodi-lääke-konjugaatioiden kasvavan käytön myötä.
Ultraääniterapian tarkkuuden ansiosta rotaksaanipohjaiset toimitusjärjestelmät voisivat mahdollistaa lääkkeen toimittamisen vain kehon tietyissä pisteissä. Järjestelmää on jo testattu doxorubitsinin, tehokkaan laajakirjoisen kemoterapialääkkeen, toimittamiseen.
Alkuperäiset tutkimustulokset osoittivat 71 % vapautustehokkuuden ultraäänityksellä ja 65 % doxorubitsinitestissä.
Itsekorjaavat materiaalit
Monet materiaalit, metallista muoveihin, hyötyisivät kyvystä “itseparantua”, kun ne kokevat mekaanista rasitusta, halkeamia tai iskuja.
Koska rotaksaanit reagoivat mekaaniseen voimaan vain rasituksen kohdassa, niitä voitaisiin käyttää vapauttamaan korjausjärjestelmiä juuri tarvittavassa paikassa, ennen kuin vaurio pahenee.
Tämä voisi avata mahdollisuuden itsekorjaaviin näyttöihin, metalliosiin tai jopa betoniin.
Itsekorjaavat ominaisuudet eivät kestä ikuisesti, mutta ne voisivat merkittävästi parantaa materiaalien kestävyyttä. Erityisesti, koska korjausominaisuudet epäonnistuvat, jos vauriot tapahtuvat samassa pisteessä kahdesti, jolloin rotaksaanit ovat jo ehtyneet.
Anturit & Turvallisuus
Koska tätä uutta rotaksaanijärjestelmää voidaan käyttää myös fluoresoivien merkkiaineiden (ja mahdollisesti värimerkkien) vapauttamiseen, sitä voitaisiin käyttää “varoitusjärjestelmänä” vaurioille, jotka muuten pysyisivät näkymättöminä. Tämä voisi olla erittäin hyödyllistä mekaanisen rasituksen tai metallin väsymisen paljastamisessa rakenteissa ja koneissa ennen varsinaista katastrofaalista rikkoutumista.
Sitä voitaisiin yhtä hyvin käyttää todistamaan tiivisteen tai säiliön eheyden, esimerkiksi lääkkeiden tai elintarvikkeiden pakkauksissa.
Rotaksaaniyritykset
Rotaksaanit ovat toistaiseksi vahvasti kokeellinen molekyyliluokka, jota valmistetaan ja tutkitaan pääosin laboratorioissa. Kuitenkin jotkut yritykset kokeilevat itsekorjaavia materiaaleja ja ultraäänipohjaista lääkkeiden toimitusta.
1. EXACT Therapeutics (EXTX)
Tämä biotekniikkastartup hyödyntää akustisesti välitettyjä hoitojaan (Acoustic Cluster Therapy tai ACT) syövän hoitamiseksi lisäämällä syöpäsolujen ottamaa kemoterapian määrää.
Lähde: Exact Therapeutics
Yritys on tällä hetkellä vaiheessa 2 kliinisissä kokeissa haimasyöpään ja vaiheessa 1 potilaille, joilla on peräsuolisesta syövästä peräisin olevat maksametastaasit.
Se käyttää tällä hetkellä negatiivisesti varautuneita mikoruiskia ja positiivisesti varautuneita mikropisaroita, mutta se voisi tulevaisuudessa käyttää myös rotaksaania entistä tiheämpään ja tehokkaampaan lääkkeiden toimitukseen.
2. Arkema (AKE.PA)
Ranskalainen yritys on kemiallisten tuotteiden valmistaja, joka on syntynyt Totalin petrokemiallisesta tytäryhtiöstä, ja keskittyy liimoihin, pinnoitteisiin ja kehittyneisiin materiaaleihin, jotka muodostavat kukin noin kolmanneksen kokonaisaktiviteetista.
Erityisesti, se on työskennellyt itsekorjaavien elastomeerien ja kumien parissa vuodesta 2009.
Yritys on aktiivinen monissa kemiallisissa luokissa ja sitä käytetään käytännössä kaikilla toimialoilla.
Lähde: Arkema
Arkeman strategia on olla johtava toimittaja jokaisessa omassa niche-alueessaan, ollen maailman #1–#3 90 %:ssa portfolioistaan.
Kun otetaan huomioon yrityksen pitkään vakiintunut läsnäolo itsekorjaavissa materiaaleissa ja sen arvokas immateriaalioikeus, se voi tehdä siitä erinomaisen ehdokkaan kaupallisen rotaksaaniteknologian käyttöönottoon tulevaisuudessa.
3. Autonomic Materials
Lähde: Autonomic Materials
Yksityisesti listattu yritys on erikoistunut itseparantaviin materiaaleihin, erityisesti korroosiota vastaan tarkoitettuihin pinnoitteisiin, ja sillä on laaja sovellus- ja toimialavalikoima.
Yrityksen pinnoitekemikaalit reagoivat heti, kun mikrorikko ilmenee, estäen lisävahinkojen leviämisen. Jos vaurio on liian suuri, ne myös sulkevat uudelleen vauriokuvion reunat, estäen liimautumisen menetyksen ja myöhemmän pinnoitteen delaminaation.
Yritys väittää erittäin korkean suorituskyvyn saavuttavan samalla hyvin alhaisen VOC-päästöjen (haihtuvien orgaanisten yhdisteiden) tason, mikä voi olla myrkyllistä ja aiheuttaa turvallisuusongelmia teollisissa ympäristöissä.
Lähde: Autonomic Materials
