Forskere udvikler nanococktail mod kræft

(PhysOrg.com)-Et team af forskere i Californien og Massachusetts har udviklet en "cocktail" af forskellige partikler i nanometerstørrelse, der arbejder sammen i blodbanen for at lokalisere, klæbe til og dræbe kræftsvulster.

"Denne undersøgelse repræsenterer det første eksempel på fordelene ved at anvende et kooperativt nanosystem til at bekæmpe kræft, "sagde Michael Sailor, professor i kemi og biokemi ved University of California, San Diego og hovedforfatteren af ​​et papir, der beskriver resultaterne, som udkommer i et kommende nummer af Procedurer fra National Academy of Sciences . En tidlig online version af papiret dukkede op i sidste uge.

I deres undersøgelse, UC San Diego -kemikerne, bioingeniører på MIT og cellebiologer ved UC Santa Barbara udviklede et system, der indeholder to forskellige nanomaterialer på størrelse med kun et par nanometer, eller tusind gange mindre end diameteren på et menneskehår, der kan injiceres i blodbanen. Et nanomateriale er designet til at finde og klæbe til tumorer hos mus, mens det andet nanomateriale blev fremstillet til at dræbe disse tumorer.

Disse forskere og andre havde tidligere designet nanometerstørrelser til at fastgøre til syge celler eller levere medicin specifikt til de syge celler, mens de ignorerede raske celler. Men funktionerne på disse enheder, forskerne opdagede, ofte i konflikt med hinanden.

"For eksempel, en nanopartikel, der er konstrueret til at cirkulere gennem en kræftpatients krop i en længere periode, er mere tilbøjelig til at støde på en tumor, "sagde Sangeeta Bhatia, en læge, bioingeniør og professor i sundhedsvidenskab og teknologi ved Koch Institute for Integrative Cancer Research ved MIT og en medforfatter af undersøgelsen. "Imidlertid, at nanopartikel muligvis ikke kan klæbe til tumorceller, når den finder dem. Ligeledes, en partikel, der er konstrueret til at klæbe tæt til tumorer, er muligvis ikke i stand til at cirkulere i kroppen længe nok til at støde på en i første omgang. "

Når et enkelt lægemiddel ikke virker hos en patient, en læge vil normalt administrere en cocktail, der indeholder flere lægemiddelmolekyler. Denne strategi kan være meget effektiv til behandling af kræft, hvor begrundelsen er at angribe sygdommen på så mange fronter som muligt. Narkotika kan undertiden arbejde sammen om et enkelt aspekt af sygdommen, eller de kan angribe separate funktioner. I begge tilfælde, lægemiddelkombinationer kan give en større effekt end begge lægemidler alene.

Behandling af tumorer med nanopartikler har været udfordrende, fordi immunceller kaldet mononukleære fagocytter identificerer dem og fjerner dem fra cirkulation, forhindrer nanomaterialerne i at nå deres mål.

Ji-Ho Park, en kandidatstuderende i Sailor's UC San Diego -laboratorium, og Geoffrey von Maltzahn, en kandidatstuderende i Bhatias MIT -laboratorium, stod i spidsen for bestræbelserne på at udvikle to forskellige nanomaterialer, der i fællesskab ville arbejde for at overvinde denne hindring og andre. Den første partikel er en guld -nanorod "aktivator", der ophobes i tumorer ved at sive gennem dens utætte blodkar. Guldpartiklerne dækker hele tumoren og opfører sig som en antenne ved at absorbere ellers godartet infrarød laserbestråling, som derefter opvarmer tumoren.

Efter at nanoroderne havde cirkuleret i blodbanen hos mus, der havde epiteltumorer i tre dage, forskerne brugte en svag laserstråle til at opvarme de stænger, der var knyttet til tumorerne. Dette sensibiliserede tumorer, og forskerne sendte derefter en anden nanopartikeltype, sammensat af enten jernoxid-nanorm eller doxorubicin-ladede liposomer. Denne "responder" nanopartikel blev coatet med et specielt målretningsmolekyle specifikt for den varmebehandlede tumor. Meget af dette arbejde blev udført i laboratoriet af Erkki Ruoslahti, en cellebiolog og professor ved Burnham Institute for Medical Research ved UC Santa Barbara, og en anden medforfatter af undersøgelsen.

"Tænk på dem som soldater, der angriber en fjendtlig base, "sagde sømand." Guldnanoroderne er specialstyrkerne, der kommer først ind for at markere målet. Derefter flyver luftvåbnet ind for at levere den laserstyrede bombe. Enhederne er designet til at minimere sikkerhedsskader på resten af ​​kroppen. "

Mens en type nanopartikel forbedrer påvisning af tumoren, han sagde, den anden er designet til at dræbe tumoren. Forskerne designede en type responderpartikel med strenge af jernoxid, som de kaldte "nanorm, "der viser sig tydeligt i en medicinsk magnetisk resonansbilleddannelse, eller MR, system. Den anden type er en hul nanopartikel fyldt med lægemidlet doxorubicin mod kræft. Med den lægemiddelbelastede responder, forskerne demonstrerede i deres forsøg, at en tumor, der vokser i en mus, kan arresteres og derefter krymper. "Nanormene ville være nyttige til at hjælpe det medicinske team med at identificere størrelsen og formen af ​​en tumor hos en patient før operationen, mens de hule nanopartikler kan bruges til at dræbe tumoren uden behov for kirurgi, "sagde sømand.

"Denne undersøgelse er vigtig, fordi den er det første eksempel på en kombineret, todelt nanosystem, der kan producere vedvarende reduktion i tumorvolumen hos levende dyr, "sagde sømand.