Silicabure hjælper anti-cancer-antistoffer med at dræbe tumorer i mus

Emballering af lægemidler mod kræft i partikler af kemisk modificeret silica forbedrer lægemidlernes evne til at bekæmpe hudkræft hos mus, ifølge ny forskning. Resultater offentliggjort 3. maj i Journal of the American Chemical Society online viser, at de honeycombed-partikler kan hjælpe anti-cancer-antistoffer med at forhindre tumorvækst og forlænge livet for mus.

"Vi er meget begejstrede over vores foreløbige resultater, " sagde biokemiker Chenghong Lei fra Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory, del af holdet af PNNL og University of Washington-videnskabsmænd. "Vi planlægger at gøre noget ekstra, større undersøgelser med dyr. Vi håber, at resultaterne holder godt nok til at tage det til kliniske forsøg et eller andet sted hen ad vejen."

Anti-cancer-antistoffer er nogle af de mest lovende typer af kræftbehandlinger. Antistofferne målretter et bestemt protein på kræftceller og - på en dårligt forstået måde - dræber cellerne. Eksempler omfatter herceptin til én form for brystkræft og cetuximab til tyktarmskræft.

I modsætning til at tage en pille, imidlertid, antistof-baserede behandlinger kræver, at patienter går ind til intravenøse dryp i armen. Disse sessioner koster tid og penge, og udsætter sundt væv for antistoffet, forårsager bivirkninger.

Pakning af antistoffer til partikler ville koncentrere dem ved tumoren og muligvis reducere bivirkninger. Anden forskning har vist, at silicium tolereres godt af celler, dyr og mennesker. Så, i samarbejde med tumorbiolog Karl Erik Hellstroms gruppe på UW, forskerne udforskede partikler lavet af materiale kaldet mesoporøs silica mod kræft hos mus.

"Silicaens mesoporøse natur giver honeycomb-lignende strukturer, der kan pakke mange individuelle lægemiddelmolekyler, " sagde PNNL-materialeforsker Jun Liu. "Vi har udforsket materialet for vores energi- og miljøproblemer, men det virkede som en naturlig egnethed til medicinafgivelse."

I tidligere arbejde, holdet skabte partikler, der indeholder sekskantede porer i nanostørrelse, der holder antistoffer, enzymer eller andre proteiner. Ud over, udsmykning af silicaporerne med små kemiske grupper hjælper med at fange proteiner inde. Men ikke permanent - disse proteiner siver langsomt ud som en kapsel med tidsfrigivelse.

Forskerne ønskede at teste, om anti-cancer-antistoffer pakket i modificeret mesoporøs silica ville være mere effektive mod tumorer end fritflydende antistoffer.

For at gøre det, de modificerede først kemisk mesoporøse silicapartikler på omkring seks til 12 mikrometer (ca. 1/10 af diameteren af ​​menneskehår). Disse partikler indeholdt porer på omkring 30 nanometer i diameter. De fandt ud af, at omfanget og valget af kemisk modifikation - amin, carboxylsyre- eller sulfonsyregrupper - bestemte, hvor hurtigt antistofferne sivede ud, en egenskab, der kan udnyttes til at finjustere partikler til forskellige stoffer.

Yderligere biokemiske test viste, at antistofferne frigivet fra silicaburene så ud til at være strukturelt sunde og fungerede korrekt.

De testede derefter partiklerne i musetumorer på UW, fylde dem med et antistof kaldet anti-CTLA4, der bekæmper mange kræftformer, herunder melanom, en hudkræft. Holdet injicerede disse pakkede antistoffer i musetumorer. Holdet injicerede også antistoffer alene eller tomme partikler i andre mus med tumorer.

De pakkede antistoffer bremsede væksten af ​​tumorer bedst. Behandlingen startede, da tumorerne var omkring 27 kubikmillimeter. Ubehandlede tumorer voksede til 200 kubikmillimeter omkring 5 dage efter behandling. Tumorer behandlet med antistoffer alene nåede 200 kubikmillimeter på dag 9, viser, at antistoffer bremser tumorvæksten. Men tumorer behandlet med pakkede antistoffer nåede ikke 200 kubikmillimeter før dag 30, en signifikant forbedring i forhold til antistoffer alene.

Holdet gentog eksperimentet og fandt ud af, at behandlingen også forlængede livet for syge mus. Af fem mus, der var blevet behandlet med partikler alene, alle døde inden for 21 dage efter behandlingen. Men af ​​fem mus behandlet med de pakkede antistoffer, tre var stadig i live på 21 dage, og to på 34 dage, da eksperimentet sluttede.

Holdet målte også, hvor meget antistof der var tilbage i tumorerne. To og fire dage efter injektion, fandt forskerne markant mere antistof i tumorer, når antistofferne var blevet indkapslet i silicapartiklerne, end når antistofferne var blevet injiceret alene.

Holdet tester andre antistof-kræft-par i mus, især andre kræftformer, der danner solide tumorer såsom brystkræft. De vil også undersøge, hvordan de antistoffer, der leveres på denne måde, inducerer immunsystemet til bedre at bekæmpe kræft.

"Vi ønsker at forstå mekanismen, fordi man ikke ved meget om, hvordan de langsomt lækkede antistoffer inducerer ændringer i immunsystemet eller i tumorens mikromiljø, sagde Hellstrøm.