Dual-Purpose nanopartikler spotter resterende tumorer, Forbedrer kræftkirurgi

(PhysOrg.com) - Den sikreste kur mod kræft er at fjerne hver sidste smule af en tumor gennem kirurgi. Desværre, for de fleste kræftformer er det også den sværeste tilgang på grund af to problemer:Det er i dag næsten umuligt at få øje på hver eneste tumor i kroppen, og det er ofte svært at afgøre, hvor en tumor stopper og sundt væv begynder. En løsning på begge disse problemer kan være ved hånden i form af en nanopartikel med to formål, der trænger ind i tumorceller og lyser dem op ved hjælp af enten fluorescensbilleddannelse eller magnetisk resonansbilleddannelse (MRI).

Et team af efterforskere ledet af Roger Tsien, Ph.D., et medlem af det National Cancer Institute-finansierede Center of Nanotechnology for Treatment, Forståelse, og overvågning af kræft ved University of California, San Diego, udviklet en nanopartikel med to formål, der kun trænger ind i celler belagt med to proteiner, som tumorceller bruger til at invadere sundt væv. Når nanopartiklerne akkumuleres i tumorceller, de bliver let synlige ved hjælp af enten MRI eller et standard fluorescensmikroskop. Forskerne rapporterer, at de kan spotte tumorer så små som 200 mikrometer i diameter, og at de så kan fjerne selv mikroskopiske spor af ondartet væv ved at spore det fluorescerende signal, som nanopartiklerne udsender. Dr. Tsien og hans kolleger rapporterer deres arbejde i ryg-til-ryg papirer, der vises i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Efterforskerne byggede deres sonde ved hjælp af en sfærisk polymer nanopartikel kendt som en dendrimer. Dendrimerer har adskillige kemiske bindinger tilgængelige på deres overflade, som gjorde det muligt for Dr. Tsiens team at knytte tre forskellige enheder til hver nanopartikel:et aktiverbart cellegennemtrængende peptid (ACPP); tre molekyler af det klart fluorescerende farvestof kendt som Cy5; og 15-30 molekyler gadoliniumchelat, et potent MR-kontrastmiddel, til hver nanopartikel.

ACPP'er er korte, positivt ladede peptider forbundet med et spaltbart molekyle til et andet negativt ladet peptid. Positivt ladede peptider er velkendte for deres evne til at penetrere celler, men i den inaktiverede tilstand blokerer det koblede negativt ladede peptid cellepenetration. Spaltning af linkeren fjerner det negativt ladede peptid, lader det resterende positivt ladede peptid - og enhver vedhæftet last - komme ind i cellerne. I dette tilfælde, linkeren spaltes kun af et af to proteiner - matrix metalloprotein-2 eller matrix metalloprotein-9 - som er til stede i stort antal på overfladerne af tumorceller. Som et resultat af denne specificitet, nanopartikler knyttet til denne ACPP trænger kun ind i tumorceller. Nanopartikler knyttet til et lignende peptid, men en, der ikke kan kløves, kom ikke ind i tumorceller og blev fjernet hurtigt fra kroppen.

Når det injiceres i dyr, der bærer humane tumorer, nanopartiklerne akkumulerede i tumorer i løbet af 48 timer og var let synlige ved hjælp af MRI af hele kroppen. Da efterforskerne udførte dette eksperiment, de bemærkede lyse kanter omkring selv små tumorer. Ved nærmere undersøgelse ved hjælp af fluorescensmikroskopi, forskerne var i stand til klart at afgrænse de takkede kanter af tumorer.

Brug de lyse fluorescerende kanter som en guide, efterforskerne var derefter i stand til at opnå mere fuldstændig tumorfjernelse, end det var muligt uden nanopartikelvejledning. Tumorbærende mus, der modtog nanopartiklerne før operationen, havde bedre langsigtet tumorfri overlevelse og samlet overlevelse end dyr, hvis tumorer blev fjernet ved hjælp af traditionel belysning med stærkt lys. Efterforskerne blev dokumenteret ved hjælp af opfølgende MRI, at de havde fjernet alle tumorer under operationen.

Dette arbejde er beskrevet i to artikler. Den første hedder, "Aktivérbare cellepenetrerende peptider knyttet til nanopartikler som dobbelte prober til in vivo fluorescens og MR-billeddannelse af proteaser, " og det andet den hed, "Kirurgi med molekylær fluorescensbilleddannelse ved hjælp af aktiverbare cellegennemtrængende peptider reducerer resterende kræft og forbedrer overlevelse."