Bioteknik
Utnyttjande av rotaxanstrukturer för nästa generations frisättningssystem inom medicin och teknik
Lägg till Securities.io bland dina föredragna källor på Google
Drug Delivery And Self-Repairing Materials with Rotaxane
Att leverera molekyler på en exakt punkt är en mycket svår uppgift, men den krävs för att många läkemedel, såsom cancerbehandlingar, ska fungera. Hittills har de flesta leveranssystem varit begränsade till aktivering genom kemiska interaktioner eller lidit av dålig prestanda. På samma sätt skulle självreparerande material behöva frigöra reparationssystemet när de utsätts för mekanisk stress. Tack vare en ny molekylstruktur kallad rotaxan, upptäckt av forskare vid University of Manchester i Storbritannien, kan båda dessa innovationer bli möjliga.
What Is A Rotaxane?
Rotaxaner är sammanlänkade molekyler, med en cirkulär molekyl (doughnutform) som har en längre polymer som passerar genom dess centrum.
I fallet med University of Manchesters upptäckt använde de en lång och komplex molekyl som är känslig för mekanisk kraft.
Längs molekylens kedja knöt de så kallade “lastmolekyler” av intresse, markerade i blått i detta schema:
Källa: Nature
När kraft appliceras på materialet skjuter den donutformade delen av rotaxanerna och frigör lastmolekylerna.
Detta gör rotaxanmolekylmodellen till en perfekt detektor av både kraft och frisättningsmekanismer samtidigt.
Källa: Nature
Improved Rotaxanes
En kraftinducerad kemisk frisättning är inte ett nytt koncept i sig. Tidigare system var dock begränsade i antalet molekyler de kunde frigöra, med endast en molekyl per kraftdetektor.
“Krafter är allestädes närvarande i naturen och spelar avgörande roller i olika processer. Vårt mål var att utnyttja dessa krafter för transformerande tillämpningar, särskilt inom materialhållbarhet och läkemedelsleverans.
“Även om detta bara är en proof-of-concept-design tror vi att vårt rotaxanbaserade tillvägagångssätt har enorm potential med långtgående tillämpningar – vi står på tröskeln till några verkligt anmärkningsvärda framsteg inom hälso- och sjukvård samt teknik.” – Guillaume De Bo, professor i organisk kemi vid University of Manchester
Alternativt kan fysiska inkapslingsstrategier användas för att leverera en större last, men dessa är ofta utsatta för oönskad frisättning som inte är mekanisk.
Den nya rotaxandesignen kan istället frigöra många molekyler samtidigt (upp till 5) på ett kontrollerat sätt.
I praktiken kan frisättningen triggas av antingen mekanisk stress (t.ex. en stöt eller repa på en telefonskärm) eller riktad ultraljud, vilket möjliggör målrik frisättning av ett läkemedel endast vid en tumörplats.
En annan begränsning i det tidigare systemet var begränsningen av vilka typer av molekyler som kunde frigöras, vilket gjorde dem olämpliga för innovativa läkemedel.
Forskarna har demonstrerat i deras vetenskapliga publikation i Nature att deras system kan användas för läkemedelsföreningar, fluorescerande markörer, katalysatorer och monomerer, vilket öppnar många potentiella tillämpningar.
Dessutom erbjuder ett sådant system möjligheten att frigöra olika lastenheter i en definierad sekvens.
Rotaxanes Applications
Bioteknik
Den mest omedelbara tillämpningen kommer att vara i läkemedelsleveranssystem. För närvarande domineras detta område av den ökande användningen av antikropps‑läkemedelskombinationer.
Tack vare den precisa naturen hos ultraljudsterapi kan rotaxanbaserade leveranssystem möjliggöra läkemedelsleverans endast på specifika punkter i kroppen. Systemet har redan testats för leverans av doxorubicin, ett potent bredspektrum kemoterapeutiskt medel.
De initiala forskningsresultaten visade en frisättningseffektivitet på 71 % med ultrasonik och 65 % i doxorubicintestet.
Self-repairing Materials
Många material, från metaller till plast, skulle ha nytta av att kunna ”självläka” när de utsätts för mekanisk stress, sprickor eller stötar.
Eftersom rotaxaner som reagerar på mekanisk kraft endast reagerar på stresspunkten, kan de användas för att frigöra reparationssystem exakt där det behövs, innan skadan blir allvarligare.
Detta kan öppna möjligheten för självreparerande skärmar, metallkomponenter eller till och med betong.
De självreparerande egenskaperna skulle inte hålla för evigt, men kan avsevärt förbättra materialens hållbarhet. Speciellt eftersom skadorna måste uppstå på samma plats två gånger, där rotaxanerna redan är uttömda, för att reparationsförmågan ska misslyckas.
Sensors & Safety
Eftersom detta nya rotaxansystem även kan användas för att frigöra fluorescerande markörer (och potentiellt färgmarkörer) kan det fungera som ett “varningssystem” för skador som annars skulle förbli osynliga. Detta kan vara mycket användbart för att avslöja mekanisk stress eller metallutmattning i strukturer och maskiner innan ett faktiskt katastrofalt brott inträffar.
Det kan lika väl användas för att bevisa integriteten hos en tätning eller behållare, exempelvis på läkemedels- eller livsmedelsprodukter.
Rotaxane Companies
Rotaxaner är för närvarande en mycket experimentell klass av molekyler som främst produceras och studeras i laboratorier. Dock experimenterar vissa företag med självreparerande material och ultraljudsbaserad läkemedelsleverans.
1. EXACT Therapeutics (EXTX)
Denna biotek-startup utnyttjar sina akustiskt medierade terapier (Acoustic Cluster Therapy or ACT) för att behandla cancer genom att öka upptaget av kemoterapi i cancercellerna.
Källa: Exact Therapeutics
Företaget befinner sig för närvarande i fas 2 av kliniska studier för bukspottkörtelcancer och fas 1 för patienter med levermetastaser sekundära till kolorektalcancer.
Den använder för närvarande negativt laddade mikrobubblor och positivt laddade mikrodroppar, men kan i framtiden även använda rotaxaner för ännu mer koncentrerad och effektiv läkemedelsleverans.
2. Arkema (AKE.PA)
Det franska företaget är en tillverkare av kemiska produkter, bildat som en avknoppning från petrokemiföretaget Total, med fokus på lim, beläggningar och avancerade material, var och en ungefär en tredjedel av den totala verksamheten.
Det är anmärkningsvärt att de har arbetat med självreparerande elastomerer och gummier sedan 2009.
Företaget är aktivt inom många kemiska klasser och används i praktiskt taget alla industrier.
Källa: Arkema
Arkemas strategi är att vara den ledande leverantören i varje nisch de verkar i, och vara världens # 1 till #3 i 90 % av portföljen.
Med tanke på företagets långvariga närvaro inom självreparerande material och dess värdefulla immateriella rättigheter kan det göra dem till en stark kandidat för att kommersialisera rotaxanteknik i framtiden.
3. Autonomic Materials
Källa: Autonomic Materials
Det privatnoterade företaget specialiserar sig på självläkande material, särskilt beläggningar mot korrosion, med ett brett spektrum av tillämpningar och industrier.
Företagets beläggningskemikalier reagerar så snart en mikrospricka uppstår, vilket förhindrar att ytterligare skada sprider sig. Om skadan är för stor, tätar de även kanterna på skadade området, vilket förhindrar förlust av vidhäftning och efterföljande delaminering av beläggningen.
Företaget påstår en mycket hög prestanda samtidigt som de uppnår en mycket låg nivå av VOC (flyktiga organiska föreningar) utsläpp, något som kan vara giftigt och orsaka säkerhetsproblem i industriella miljöer.
Källa: Autonomic Materials
