Sporing af tumor-målrettede nanopartikler i kroppen

Selvom målrettede nanopartikel-baserede billeddannende midler og terapeutika til diagnosticering og behandling af kræft er på vej til og gennem den kliniske forsøgsproces, forskere har stadig ikke en god forståelse af, hvordan nanopartikler når tumorer, og hvordan de derefter binder til og går ind i den målrettede tumor. For at overvinde dette vidensunderskud, to hold efterforskere, begge dele af Alliance for Nanotechnology in Cancer har gennemført undersøgelser med det formål at spore nanopartikler, når de bevæger sig gennem levende dyr.

I en undersøgelse, et team af efterforskere ved Stanford University brugte kvanteprikker til at studere, hvordan nanopartikler bevæger sig gennem tumorblodkar hos levende testpersoner, binder sig til molekylære mål på overfladen af ​​disse blodkar, og derefter rejse ud af blodbanen og ind i selve tumoren. Sanjiv Sam Gambhir, meddirektør for et af ni National Cancer Institute (NCI) Centers of Cancer Nanotechnology Excellence, ledet denne undersøgelse. Han og hans kolleger offentliggjorde deres resultater i tidsskriftet Lille . I en anden undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano , Alliancens efterforskere Dong Shin, Mostafa El-Sayed, og Shuming Nie fra Emory University og Georgia Institute of Technology brugte målrettede guld nanokrystaller til at studere både aktiv og passiv målretning af tumorer.

I Stanford-undersøgelsen, Dr. Gambhir og hans samarbejdspartnere udnyttede mulighederne ved intravital mikroskopi, en teknik, der gør det muligt for forskere at se klart fluorescerende markører gennem et levende dyrs hud i realtid. I denne række af eksperimenter, Stanford-holdet undersøgte handel med nanopartikler i mus, hvor en række forskellige typer tumorer fik lov til at vokse i dyrenes ører. For den fluorescerende markør, efterforskerne brugte en nær-infrarød udsendende kvanteprik knyttet til RGD, et molekyle, der vides at binde tæt til et protein, der findes på overfladen af ​​blodkar, der omgiver tumorer.

Til deres overraskelse, forskerne fandt, at uanset hvilken type tumor, der blev undersøgt, nanopartikelbinding forekom kun, når aggregater af partikler - ikke enkelte partikler - var i stand til at binde sig til flere, diskrete steder i en tumor. Forskerne var ikke i stand til at påvise nogen signifikant binding, da de gentog disse eksperimenter ved brug af kvanteprikker, der manglede RGD-målmolekylet. Forskerne fandt også, at bindingshastigheder og bindingsmønstre var konsistente på tværs af alle tumortyper, et betryggende fund i betragtning af den naturlige heterogenitet, der kendetegner menneskelige kræftformer.

Mens bindingsevnen ser ud til at være uafhængig af tumortype, det samme kan ikke siges om ekstravasation, dvs. transit af en nanopartikel ud af blodbanen og ind i en tumor. Forskerne bemærkede i deres papir, at det er sandsynligt, at nanopartikelform og -størrelse vil spille en afgørende rolle i at bestemme, hvordan en given nanopartikel vil ekstravasere ind i hver bestemt type tumor.

I mellemtiden Emory-Georgia Tech-teamet brugte stavformede guld nanokrystaller knyttet til tumor-målrettede peptider til at udforske leveringsmekanismerne, der gør det muligt for nanopartikler at akkumulere i tumorer. Efterforskerne brugte guldnanopartikler, så de kunne kvantificere antallet af nanopartikler, der nåede tumorer og andet væv. Guld forekommer ikke naturligt hos pattedyr, så ethvert guld påvist i en given tumor eller væv ved hjælp af den meget følsomme og nøjagtige teknik kendt som elementær massespektrometri skulle være kommet fra guldnanopartikler.

For at udføre deres eksperimenter, efterforskerne skabte tre formuleringer ved at fastgøre et af tre tumor-målrettede molekyler til overfladen af ​​guld nanorods. De injicerede derefter nanopartiklerne i dyr med implanterede humane tumorer, lod nanopartiklerne cirkulere gennem kroppen, og målte mængden af ​​guld, der akkumulerede i de implanterede tumorer og andet væv. Forskerne gentog også dette eksperiment ved at bruge umålrettede guldnanopartikler. Resultaterne var overraskende, idet de målrettede molekyler kun marginalt øgede mængden af ​​guld, der akkumulerede i tumorer.

Forskerne konkluderede, at guldnanopartikler designet til at blive brugt i fototermisk anticancerterapi burde injiceres direkte i tumorer i stedet for via intravenøs administration for at opnå den største koncentration af guld i tumorer. De bemærkede også i deres papir, at disse eksperimenter tyder på, at målbinding ikke er det hastighedsbegrænsende trin for levering af nanopartikler, men snarere at transport ud af blodbanen og ind i tumorer er den største barriere for ophobning af nanopartikler i tumorer.