Nanopartikel-cocktail målretter og dræber tumorer

Et team af forskere fra to af National Cancer Institutes Centers of Cancer Nanotechnology Excellence er gået sammen om at udvikle en "cocktail" af forskellige nanometerstore partikler, der arbejder sammen i blodbanen for at lokalisere, klæber til og dræber kræftsvulster.

Dette arbejde, som blev ledet af Michael Sailor, Ph.D., fra Center for Nanoteknologi til Behandling, Forståelse, og overvågning af kræft (NANO-TUMOR) ved University of California, San Diego, og Sangeeta Bhatia, M.D., Ph.D., fra MIT-Harvard Center of Cancer Nanotechnology Excellence.

"Denne undersøgelse repræsenterer det første eksempel på fordelene ved at anvende et kooperativt nanosystem til at bekæmpe kræft, " sagde Dr. Sailor om værket, der blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences .

I deres undersøgelse, efterforskerne udviklede et system indeholdende to forskellige nanomaterialer, som kan sprøjtes ind i blodbanen. Et nanomateriale blev designet til at finde og klæbe til tumorer i mus og derefter sensibilisere tumorceller for den anden nanopartikel, som dræber tumorerne. Disse videnskabsmænd og andre havde tidligere designet enheder på nanometerstørrelse til at binde sig til syge celler eller levere lægemidler specifikt til de syge celler, mens de ignorerede raske celler, men funktionerne af 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 tilbøjelige til at støde på en tumor, " sagde Dr. Bhatia. "Men, at nanopartikel måske ikke kan klæbe til tumorceller, når den først 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 på en patient, en læge vil almindeligvis administrere en cocktail, der indeholder flere lægemiddelmolekyler. Den strategi kan være meget effektiv i behandlingen af ​​kræft, hvor begrundelsen er at angribe sygdommen på så mange fronter som muligt. Lægemidler kan nogle gange arbejde sammen på et enkelt aspekt af sygdommen, eller de kan angribe separate funktioner. I begge tilfælde, lægemiddelkombinationer kan give en større effekt end begge lægemidler alene, og det er det samme fund, som efterforskerne gjorde med deres nanopartikelcocktail.

Ji-Ho Park, en kandidatstuderende i Dr. Sailor's UC San Diego laboratorium, og Geoffrey von Maltzahn, en kandidatstuderende i Dr. Bhatias MIT-laboratorium, ledet bestræbelserne på at udvikle to forskellige nanomaterialer, der ville arbejde sammen for at overvinde den forhindring og andre. Den første partikel er en guld nanorod "aktivator", der akkumuleres i tumorer ved at sive gennem deres utætte blodkar. Guldpartiklerne dækker hele tumoren og opfører sig som en antenne og absorberer ellers godartet infrarød laserbestråling, som så varmer tumoren op. Forskerne fandt ud af, at da en tumors temperatur steg, det udtrykte et protein, kendt som p32, på tumorcelleoverflader. Efterforskerne udnyttede dette fund ved at inkludere et målretningsmiddel, der binder tæt til p32 på ydersiden af ​​et sekund, "responder" nanopartikel. Meget af arbejdet med at udvikle p32-målretningsmidlet blev udført i laboratoriet hos Erkki Ruoslahti, M.D., Ph.D., fra Burnham Institute for Medical Research ved UC Santa Barbara og medlem af NANO-TUMOR-centeret.

De responderende nanopartikler bestod af enten jernoxid-nanorme eller doxorubicin-ladede liposomer. Mens en type af responder-nanopartikler forbedrer detektion af tumoren, Dr. Sailor forklarede, den anden er designet til at dræbe tumoren. Jernoxid-nanormene viser sig klart i en medicinsk magnetisk resonansbilleddannelse, eller MR, system. Den anden type er en hul, lipid-baseret nanopartikel fyldt med anti-cancer lægemidlet doxorubicin. Med den lægemiddelfyldte responder, forskerne påviste i deres eksperimenter, at en tumor, der vokser i en mus, kan standses og derefter krympes. "Nanoormene ville være nyttige til at hjælpe det medicinske team med at identificere størrelsen og formen af ​​en tumor i en patient før operation, mens de hule nanopartikler kan bruges til at dræbe tumoren uden behov for operation, 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.

Dette arbejde, som er beskrevet i et papir med titlen, "Kooperativt nanomaterialesystem til at sensibilisere, mål, og behandle tumorer, " blev støttet af NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, et omfattende initiativ designet til at fremskynde anvendelsen af ​​nanoteknologi til forebyggelse, diagnose, og behandling af kræft. Et sammendrag af denne artikel er tilgængelig på tidsskriftets hjemmeside.