Nanosvamp lægemiddelleveringssystem mere effektivt end direkte injektion

(PhysOrg.com) -- Når den er fyldt med et lægemiddel mod kræft, et leveringssystem baseret på et nyt materiale kaldet nanosvamp er tre til fem gange mere effektivt til at reducere tumorvækst end direkte injektion.

Det er konklusionen i et papir offentliggjort i 1. juni-udgaven af ​​tidsskriftet Kræftforskning .

"Effektive målrettede lægemiddelleveringssystemer har været en drøm i lang tid nu, men det er i høj grad blevet frustreret af den komplekse kemi, der er involveret, siger Eva Harth, assisterende professor i kemi ved Vanderbilt, der udviklede nanosvampe-leveringssystemet. "Vi har taget et væsentligt skridt hen imod at overvinde disse forhindringer."

Undersøgelsen var et samarbejde mellem Harths laboratorium og Dennis E. Hallahans, en tidligere professor i strålingsonkologi ved Vanderbilt, som nu er ved Washington University School of Medicine. Tilsvarende forfattere er Harth og Roberto Diaz ved Emory University, som arbejdede i Hallahan-laboratoriet, da undersøgelserne blev udført.

For at visualisere Harths leveringssystem, forestil dig at lave små svampe, der er på størrelse med en virus, fylde dem med et lægemiddel og vedhæfte specielle kemiske "linkere", der binder sig fortrinsvis til en egenskab, der kun findes på overfladen af ​​tumorceller og derefter sprøjte dem ind i kroppen. De små svampe cirkulerer rundt i kroppen, indtil de støder på overfladen af ​​en tumorcelle, hvor de klæber på overfladen (eller bliver suget ind i cellen) og begynder at frigive deres potente last på en kontrollerbar og forudsigelig måde.

Målrettede leveringssystemer af denne type har flere grundlæggende fordele:Fordi lægemidlet frigives ved tumoren i stedet for at cirkulere bredt gennem kroppen, det burde være mere effektivt for en given dosis. Det bør også have færre skadelige bivirkninger, fordi mindre mængder af lægemidlet kommer i kontakt med sundt væv.

"Vi kalder materialet nanosvamp, men det er i virkeligheden mere som et tredimensionelt netværk eller stillads, " siger Harth. Rygraden er en lang længde af polyester. Den er blandet i opløsning med små molekyler kaldet tværbindere, der fungerer som små gribekroge for at fastgøre forskellige dele af polymeren sammen. Nettoeffekten er at danne kugleformede partikler fyldt med hulrum, hvor lægemiddelmolekyler kan opbevares. Polyesteren er biologisk nedbrydelig, så det nedbrydes gradvist i kroppen. Som det gør, det frigiver det stof, det bærer på en forudsigelig måde.

"Forudsigelig frigivelse er en af ​​de største fordele ved dette system sammenlignet med andre nanopartikelleveringssystemer under udvikling, " siger Harth. Når de når deres mål, mange andre systemer losser det meste af deres medicin på en hurtig og ukontrollerbar måde. Dette kaldes burst-effekten og gør det vanskeligt at bestemme effektive dosisniveauer.

En anden stor fordel er, at nanosvamppartiklerne er opløselige i vand. Indkapsling af anti-cancer-lægemidlet i nanosvampen tillader brugen af ​​hydrofobe lægemidler, der ikke let opløses i vand. I øjeblikket, disse lægemidler skal blandes med et andet kemikalie, kaldet et adjuvansreagens, som reducerer lægemidlets virkning og kan have uønskede bivirkninger.

Det er også muligt at kontrollere størrelsen af ​​nanosvamppartikler. Ved at variere andelen af ​​tværbinder til polymer, nanosvamppartiklerne kan gøres større eller mindre. Dette er vigtigt, fordi forskning har vist, at lægemiddelleveringssystemer fungerer bedst, når de er mindre end 100 nanometer, omkring dybden af ​​gruberne på overfladen af ​​en compact disc. Nanosvamppartiklerne, der blev brugt i den aktuelle undersøgelse, var 50 nanometer store. "Forholdet mellem partikelstørrelse og effektiviteten af ​​disse lægemiddelleveringssystemer er genstand for aktiv undersøgelse, siger Harth.

Den anden store fordel ved Harths system er den enkle kemi, der kræves. Forskerne har udviklet enkle, højudbytte "klikkemi"-metoder til fremstilling af nanosvamppartikler og til fastgørelse af linkere, som er lavet af peptider, relativt små biologiske molekyler bygget ved at forbinde aminosyrer. "Mange andre lægemiddelleveringssystemer kræver kompliceret kemi, som vil være svære at skalere op til kommerciel produktion, men vi har hele tiden haft dette i tankerne, " siger Harth.

Det målrettede peptid, der blev brugt i dyreforsøgene, blev udviklet af Hallahan-laboratoriet, som også testede systemets effektivitet i tumorbærende mus. Det peptid, der anvendes i undersøgelsen, er et, der selektivt binder til tumorer, der er blevet behandlet med stråling.

Lægemidlet, der blev brugt til dyreforsøg, var paclitaxel (det generiske navn på lægemidlet Taxol), der bruges i cancerkemoterapi. Forskerne registrerede responsen fra to forskellige tumortyper - langsomt voksende human brystkræft og hurtigtvirkende musegliom - på enkelte injektioner. I begge tilfælde fandt de ud af, at det øgede kræftcellernes død og forsinkede tumorvækst "på en måde, der er bedre end kendte kemoterapimetoder."

Det næste trin er at udføre et eksperiment med gentagne injektioner for at se, om nanosvampesystemet kan stoppe og vende tumorvækst. Harth planlægger også at udføre de mere omfattende toksicitetsundersøgelser af hendes nanopartikelafgivelsessystem, som er nødvendige, før det kan bruges i kliniske forsøg.