Brug af nanoteknologi til at forbedre en kræftbehandling

(PhysOrg.com) -- Forskere fra Harvard og Brigham og Women's Hospital har udtænkt en metode, der kan give klinikere mulighed for at bruge højere doser af et kraftfuldt kemoterapilægemiddel, der er blevet begrænset, fordi det ikke kun er giftigt for tumorer, men for patienternes nyrer.

Forskningen, udført i forsøgsdyr, gifter sig med kemi og nanoteknologi for at levere giftige platinatomer til tumorer, mens det næsten helt blokerer platinet i at ophobes i nyrerne, ifølge Shiladitya Sengupta, en Harvard-assistentprofessor i medicin og sundhedsvidenskab og teknologi, hvis Laboratory for Nanomedicine ved Harvard-tilknyttede Brigham and Women's Hospital udførte arbejdet.

Sengupta har fokuseret sin forskning i tre år på cisplatin, et kraftfuldt lægemiddel mod kræft, der bruges i førstelinje-kemoterapi. Sengupta sagde, at stoffet, opdaget for omkring 40 år siden, har mange positive aspekter. Det er relativt billigt og effektivt mod mange kræftformer. Dets toksicitet, imidlertid, begrænser dens brug.

"Selv hvis du kan se fantastiske resultater som en antitumorterapi, du kan ikke give mere, " sagde Sengupta.

Trods flere forsøg, cisplatin er ikke blevet forbedret, sagde Sengupta. To lignende lægemidler, der også indeholder platin, er på markedet, men mens de er mindre giftige for nyrerne, de er også mindre aktive mod tumorer.

Selvom den involverede kemi er kompleks, nøglen til cisplatins effektivitet - og dets toksicitet - ligger i, hvor let det frigiver platin, både på tumorstedet og, uønsket, i nyrerne.

Producenter af de to alternative lægemidler har reduceret disse lægemidlers toksicitet ved at få dem til at holde mere fast på deres platin. Senguptas arbejde tog et andet spor, imidlertid. Forståelse af, at partikler større end fem nanometer i størrelse ikke ville blive absorberet af nyren, han satte sig for at konstruere en superstor cisplatin.

Forståelse af de kemiske egenskaber af cisplatinmolekylet og lovene, der styrer molekylær foldning, hans team designede en polymer, der ville binde til cisplatin, meget som en tråd løber gennem en perles centrale hul. Ved at samle nok cisplatin, hele molekylet pakkede sig ind i en kugle, 100 nanometer i størrelse, for stor til at komme ind i nyren.

Det tog et par forsøg at få det molekylære design rigtigt, sagde Sengupta. Selvom det oprindelige design viste sig at være ugiftigt for nyrerne, det var ikke så effektivt som det originale cisplatin. Sengupta og kolleger tilpassede den kemiske formel, så molekylet ikke holdt helt så tæt til platinatomerne.

Undersøgelser udført af Basar Bilgicer, assisterende professor ved University of Notre Dame, viste, at molekylet akkumulerede i tumorvæv, hvis utætte blodkar tillod det at passere ud af kapillærerne, der fodrer tumoren. Molekylet er for stort til at passere ind i andre væv, såsom nyren, lunger, lever, og milt. Når først sidder fast i tumoren, jo højere surhedsgrad der fik molekylet til at falde fra hinanden, dumper sin giftige belastning på kræftvævet.

"Det viste absolut minimal toksicitet for nyrerne, " sagde Sengupta.

Den nye forbindelse har vist sig at være effektiv mod lunge- og brystkræft. Instruktør i patologi Daniela Dinulescu på Brigham and Women's Hospital demonstrerede også, at nano-forbindelsen udkonkurrerede cisplatin i en transgen ovariecancermodel, der efterligner sygdommen hos mennesker.

Forskningen, som modtog finansiering fra National Institutes of Health og Forsvarsministeriets Breast Cancer Research Program, er ikke blevet prøvet på mennesker, og vil kræve potentielt langvarige tests, før de er klar til patientbehandling.

Beskrevet i sidste uge Proceedings of the National Academy of Sciences , projektet omfattede også forskere ved University of Notre Dame, Harvard-MIT-afdelingen for sundhedsvidenskab og teknologi, Dana-Farber Cancer Institute, National Chemical Laboratory i Pune, Indien, og Translational Health Science and Technology Institute i New Delhi.