研究者らは、薬剤を送達するために「自律型コンピュータのように機能する」生体材料を発表した。
クレア・マクグレイン著
薬やその他の治療法は命を救うことができますが、時にはそうした命を救う力にも有害な副作用がある場合があります。
ワシントン大学の研究者たちは、これらの副作用を排除する方法を模索していましたが、彼らが生み出した解決策は、単なる薬剤送達媒体をはるかに超えるものでした。彼らは、周囲の環境からの入力に基づいて、いつ薬剤を放出するかを決定する、まるで小型コンピュータシステムのように機能するハイドロゲル材料を開発しました。この研究は、月曜日にNature Chemistry誌に掲載されました。
「私たちが開発したモジュール方式の戦略により、生体材料は自律型コンピュータのように機能することが可能になります」と、この材料の設計チームを率いたワシントン大学化学工学部助教授のコール・デフォレスト氏はプレスリリースで述べています。「これらのハイドロゲルは、局所環境からのみ提供される入力に基づいて複雑な計算を実行するようにプログラムできます。このような高度なロジックベースの演算は前例がなく、精密医療に刺激的な新たな方向性をもたらすはずです。」
このハイドロゲルは医学界初の試みであり、今後、さまざまな「スマート」送達システムやその他のツールの開発につながる可能性がある。
この材料は、基本的なコンピューティングに似たブール代数原理を用いて設計されました。材料内の分子ゲートは、「はい」「かつ」「または」という3つの異なる入力に反応するように「プログラム」できます。つまり、ゲートは特定の条件が満たされた場合にのみ開くか、あるいは一部の条件は満たされるが他の条件は満たされない場合にのみ開きます。
理論的には、このハイドロゲルは腫瘍細胞の特定の状態に反応するようにプログラムすることが可能です。そして、化学療法などの毒性のある治療薬をハイドロゲルに充填し、腫瘍内に運ばれてから放出することで、化学療法に伴う多くの有害な副作用を回避することができます。
同様のことは、抗体を感染部位に直接送達するなど、他の多くの医療分野でも当てはまります。また、患者に移植する組織を作製する3D組織工学といった分野にも応用できる可能性があります。
「ブール原理をハイドロゲル設計に適用することで、臓器、組織、さらには腫瘍環境などの病態に対して、これまで以上に特異性の高い、真にスマートな治療薬送達システムと組織工学ツールを開発できることを期待しています」とデフォレスト氏は述べた。「これらの設計原理を用いれば、限界となるのは私たちの想像力だけでしょう。」
