Definition af designreglerne for målrettede nanopartikler, der bruges til at afbilde tumorer

En af udfordringerne ved at bruge nanopartikler til billeddannelse af tumorer under operation er, at der skal være en afvejning mellem antallet af nanopartikler, der er målrettet mod en tumor, og den hurtige clearance af eventuelle ubundne nanopartikler fra kroppen. Et stort antal nanopartikler, der klæber tæt til en tumor, vil give et klart signal, der kan hjælpe en kirurg med at se kanterne af det ondartede væv, men kun hvis baggrundssignalet fra ubundne nanopartikler - dem der cirkulerer frit gennem kroppen - ikke er for højt.

Nu, et team af efterforskere har udviklet et sæt designregler, der kan optimere denne afvejning, producerer nanopartikler, der har den bedste chance for at binde sig til en tumor, men som vil rydde hurtigt gennem nyrerne, når de ikke finder deres mål. Holdet, ledet af John Frangioni, fra Beth Israel Deaconess Medical Center, og Moungi Bawendi, fra Massachusetts Institute of Technology og medlem af MIT-Harvard Center of Cancer Nanotechnology Excellence, offentliggjort resultaterne af deres arbejde i tidsskriftet Natur nanoteknologi .

I tidligere arbejde, efterforskerne havde fundet ud af, at nyrerne effektivt filtrerer ud af blodstrømmen nanopartikler på ca. 5,5 nanometer (nm) i diameter, og som er zwitterioniske, det vil sige, at de har både positive og negative ladninger på deres overflade. Forskerne udviklede også ultrasmå, zwitterioniske, klart fluorescerende nanopartikler bestående af en zink-cadmiumsulfidkerne omgivet af en cadmiumselenidskal og en cysteinbelægning.

I dette studie, efterforskerne koblede et af to tumormålrettede midler til cysteinbelægningen og testede de to formuleringers evne til at målrette tumorer og alligevel blive fjernet fra cirkulationen. Mens den sædvanlige tilgang til udvikling af målrettede nanopartikler har været at tilføje et så stort antal målrettede molekyler som muligt for at øge sandsynligheden for at klæbe til det målrettede væv, forskerne fandt ud af, at de kun kunne tilføje mellem fem og ti målrettede molekyler uden at øge den samlede størrelse af nanopartikler over grænsen på 5,5 nm. Af lige stor betydning, de fandt også ud af, at nanopartikler fremstillet på denne måde ikke binder sig til blodbanens proteiner, hvilket ville have haft den effekt at øge den samlede størrelse af nanopartiklerne.

Forsøg på dyr, der brugte dyrkede celler, viste, at ved brug af selv relativt lave antal målrettede molekyler producerede nanopartikler, der var i stand til at binde tæt til målrettede tumorceller. Biodistributionsundersøgelser viste, at nanopartiklerne akkumulerede i målrettede tumorer, hvor de kunne afbildes, men ikke i leveren, milt, og lunger, væv, der ofte ophober cirkulerende nanopartikler. Ubundne nanopartikler blev udskilt gennem nyrerne, som forudsagt, inden for 4 timer. Fire timers clearance er vigtigt, fordi det i praksis betyder, at en patient, der er planlagt til tumorfjernende operation, kunne modtage en dosis af nanopartiklerne, når han først ankom til hospitalet, og at baggrundsniveauerne af ubundne nanopartikler ville være tæt på nul, når kirurgen skulle tage billeder af mærkede tumorer.

Dette arbejde, som er beskrevet i et papir med titlen "Designovervejelser for tumor-målrettede nanopartikler, " blev delvist 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.