Bioteknologi
Utnyttelse av rotaxanstrukturer for neste generasjons frigjøringssystemer i medisin og teknologi
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Legemiddellevering og selvreparerende materialer med rotaxan
Å levere molekyler på et presist punkt er en svært vanskelig oppgave, men det er nødvendig for mange medisiner, som kreftbehandlinger, skal fungere. Frem til nå har de fleste leveringssystemer vært begrenset til aktivering gjennom kjemiske interaksjoner eller hatt dårlig ytelse. På samme måte må selvreparerende materialer frigjøre reparasjonssystemet når de utsettes for mekanisk stress. Takket være en ny molekylstruktur kalt rotaxan, oppdaget av forskere ved University of Manchester i Storbritannia, kan begge disse innovasjonene bli mulige.
Hva er en rotaxan?
Rotaxaner er sammenlåste molekyler, med et sirkulært molekyl (donutform) som har en lengre polymer som går gjennom midten.
I tilfelle av oppdagelsen ved University of Manchester brukte de et langt og komplekst molekyl som er følsomt for mekanisk kraft.
Langs kjeden av molekylet knyttet de såkalte «lastmolekyler» av interesse, i blått i dette skjemaet:
Kilde: Nature
Når kraft påføres materialet, skyver den donutformede delen av rotaxanene og frigjør lastmolekylene.
Dette gjør denne rotaxanmolekylmodellen til en perfekt detektor av både kraft og frigjøringsmekanismer samtidig.
Kilde: Nature
Forbedrede rotaxaner
En kraftindusert kjemisk frigjøring er ikke et nytt konsept i seg selv. Imidlertid var tidligere systemer begrenset i antall molekyler de kunne frigjøre, med kun ett molekyl per kraftdetektor.
«Krefter er allestedsnærværende i naturen og spiller avgjørende roller i ulike prosesser. Målet vårt var å utnytte disse kreftene for transformative anvendelser, spesielt innen materialholdbarhet og legemiddellevering.»
«Selv om dette kun er et konseptbevisdesign, tror vi at vår rotaxanbaserte tilnærming har enormt potensial med vidtrekkende anvendelser – vi er på terskelen til noen virkelig bemerkelsesverdige fremskritt innen helsevesen og teknologi.» – Guillaume De Bo, professor i organisk kjemi ved The University of Manchester
Alternativt kan fysiske innkapslingsstrategier brukes for å levere en større last, men disse er ofte utsatt for uønsket frigjøring som ikke er mekanisk.
Den nye rotaxandesignen kan i stedet frigjøre mange molekyler samtidig (opptil 5) på en kontrollert måte.
I praksis kan frigjøringen utløses enten av mekanisk stress (for eksempel et støt eller riper på en telefon skjerm) eller målrettet ultralyd, noe som gjør mulig målrettet frigjøring av et legemiddel kun på et tumorsted.
En annen begrensning i det forrige systemet var begrensningen på hvilke typer molekyler som kunne frigjøres, noe som gjorde dem uegnet for innovative legemidler.
Forskerne har demonstrert i deres vitenskapelige publisering i Nature at systemet deres kan brukes for legemiddelkombinasjoner, fluorescerende markører, katalysatorer og monomerer, og åpner for mange potensielle anvendelser.
I tillegg gir et slikt system muligheten til å frigjøre ulike lastenheter i en definert sekvens.
Rotaxan‑applikasjoner
Bioteknologi
Den mest umiddelbare anvendelsen vil være i legemiddelleveringssystemer. For tiden domineres dette feltet av den økende bruken av antistoff‑legemiddelkoblinger.
Takket være den presise naturen til ultralydterapi, kan rotaxanbaserte leveringssystemer tillate legemiddellevering kun på spesifikke punkter i kroppen. Systemet har allerede blitt testet for levering av doxorubicin, et kraftig bredspektret kjemoterapeutisk middel.
De innledende forskningsresultatene viste en frigjøringsgrad på 71 % ved bruk av ultrasonikering og 65 % i doxorubicintesten.
Selvreparerende materialer
Mange materialer, fra metaller til plast, ville ha nytte av å kunne «selvhelbredes» når de utsettes for mekanisk stress, sprekker eller støt.
Fordi rotaxaner som reagerer på mekanisk kraft kun reagerer på stresspunktet, kan de brukes til å frigjøre reparasjonssystemer akkurat der det trengs, før skaden blir større.
Dette kan åpne muligheten for selvreparerende skjermer, metallkomponenter eller til og med betong.
De selvreparerende egenskapene vil ikke vare evig, men kan betydelig forbedre materialenes holdbarhet. Spesielt fordi skadene må oppstå på samme sted to ganger, der rotaxanene allerede er oppbrukt, for at reparasjonsegenskapene skal svikte.
Sensorer & sikkerhet
Siden dette nye rotaxansystemet også kan brukes til å frigjøre fluorescerende markører (og potensielt fargemarkører), kan det brukes som et «advarselssystem» for skader som ellers ville forbli usynlige. Dette kan være svært nyttig for å avdekke mekanisk stress eller metallutmattelse i strukturer og maskiner før en faktisk katastrofal brudd oppstår.
Det kan likeledes brukes til å bevise integriteten til en forsegling eller beholder, som på farmasøytiske eller matprodukter.
Rotaxan‑selskaper
Rotaxaner er foreløpig en svært eksperimentell klasse av molekyler som hovedsakelig produseres og studeres i laboratorier. Imidlertid eksperimenterer noen selskaper med selvreparerende materialer og ultralydbasert legemiddellevering.
1. EXACT Therapeutics (EXTX)
Dette biotek‑startupet utnytter sine akustisk‑medierte terapier (Acoustic Cluster Therapy or ACT) for å behandle kreft ved å øke opptaket av kjemoterapi i kreftcellene.
Kilde: Exact Therapeutics
Selskapet er for tiden i fase 2 av kliniske studier for bukspyttkjertelkreft og fase 1 for pasienter med levermetastaser sekundært til tykktarmskreft.
Det bruker for tiden negativt ladede mikrobobler og positivt ladede mikrodroppar, men det kan også bruke rotaxaner i fremtiden for enda mer konsentrert og effektiv legemiddellevering.
2. Arkema (AKE.PA)
Det franske selskapet er en produsent av kjemiske produkter, opprettet som en spin‑off fra petrokjemisk selskap Total, med fokus på lim, belegg og avanserte materialer, hver omtrent 1/3 av den totale aktiviteten.
Spesielt har de arbeidet med selvreparerende elastomerer og gummier siden 2009.
Selskapet er aktivt i mange kjemiske klasser og brukes i praktisk talt alle industrier.
Kilde: Arkema
Arkemas strategi er å være den ledende leverandøren i hver nisje de opptar, og være verdens nr. 1 til nr. 3 i 90 % av porteføljen.
Med tanke på den langvarige tilstedeværelsen innen selvreparerende materialer og selskapets verdifulle immaterielle rettigheter, kan det gjøre dem til en fremragende kandidat for å implementere kommersiell rotaxanteknologi i fremtiden.
3. Autonomic Materials
Kilde: Autonomic Materials
Det privatnoterte selskapet spesialiserer seg på selvhelbredende materialer, spesielt belegg mot korrosjon, med et bredt spekter av anvendelser og industrier.
Selskapets beleggkjemikalier reagerer så snart en mikrosprøkk oppstår, og hindrer ytterligere skade i å spre seg. Hvis skaden er for stor, tetter den også kantene av skadessonen, og forhindrer tap av vedheft og påfølgende delaminering av belegget.
Selskapet hevder svært høy ytelse samtidig som de oppnår et svært lavt nivå av VOC‑utslipp (flyktige organiske forbindelser), noe som kan være giftig og forårsake sikkerhetsproblemer i industrielle miljøer.
Kilde: Autonomic Materials
