Gør nanopartikler i stand til at trænge dybt ned i tumorer

For ofte, forskere, der designer nanopartikler, der er i stand til at levere effektive doser af kræftfremkaldende midler til tumorer, skal afbalancere behovet for at vælge en nanopartikel, der er lille nok til at undslippe de utætte blodkar, der omgiver tumorer, men store nok til at undgå hurtig clearance fra blodstrømmen via nyrerne. Balancering af disse to krav resulterer normalt i brug af nanopartikler, der faktisk er små nok til at ophobes i nærheden af ​​tumorer, men de er virkelig for store til at trænge dybt nok ind i tumorer til at have den maksimale terapeutiske effekt.

Nu, et stort team af forskere fra Massachusetts Institute of Technology, Massachusetts General Hospital, og Harvard Medical School har udviklet en løsning på dette problem:flerlags, eller flertrins, nanopartikler, der delvist opløses, når de akkumuleres omkring tumorer, efterlader en nyttelast med nanopartikler kun en tiendedel af det originale varebil. De resterende 10-nanometer-diameter nanopartikler, fyldt med medicin mod kræft, kan derefter diffundere dybt ind i en tumors tætte indre.

Dai Fukumura, Moungi Bawendi, og Rakesh Jain, alle højtstående fakultetsmedlemmer på deres respektive institutioner, ledet denne undersøgelse. Holdet offentliggjorde deres resultater i Procedurer fra National Academy of Sciences . Dr. Bawendi er også medlem af MIT-Harvard Center for Cancer Nanotechnology Excellence finansieret af National Cancer Institute.

Nøglen til de nye nanopartikler er et gelatinemateriale, der kan tjene som et substrat for enzymer, der produceres i høje niveauer af tumorer. Kræftceller bruger disse enzymer til at opløse den ekstracellulære matrix, der omgiver organer, gør det muligt for disse ondartede celler at slippe ud i blodbanen og kolonisere steder, der er fjernt fra den primære tumor. Forskerne udnyttede dette enzym ved at indlejre små nanopartikler i gelatinkernen i de større nanopartikler, som de designet til at blive injiceret i blodstrømmen.

For dette sæt eksperimenter, efterforskerne fyldte 100-nanometer gelatine-nanopartiklerne med 10-nanometer kvantepunkter. Selvom kvantepunkter sandsynligvis ikke bruges til at levere medicin til tumorer, disse nanobeacons producerer lyse optiske signaler, der let kan overvåges, når de frigives fra de større nanopartikler. Indledende forsøg med tumorer, der vokser i kultur, viste, at de gelatine-nedbrydende enzymer gjorde deres arbejde, og at de frigivne kvanteprikker var i stand til at diffundere længere og mere effektivt end de 100 nanometer partikler ind i tumorerne. Efterfølgende forsøg med tumorbærende mus bekræftede disse in vitro-fund, og som følge heraf, efterforskerne planlægger nu at gentage disse eksperimenter ved hjælp af lægemiddelbelastede 10-nanometerpartikler i stedet for de kvantepunkter, de brugte i denne undersøgelse.

En anden tilgang til at få nanopartikler dybt ind i tumorer er at forstyrre en tumors evne til at danne den tætte ekstracellulære matrix, lavet af protein kollagen, der holder nanopartikler i de ydre områder af en tumor. Dr. Jains gruppe på MIT og Harvard Medical School har gjort netop det, ved hjælp af den meget anvendte højblodtryksmedicin Losartan til at hæmme kollagensyntese. Efterforskerne offentliggjorde også resultaterne af disse undersøgelser i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Menneskelige kliniske undersøgelser har vist, at Losartan reducerer forekomsten af ​​hjerte- og nyrefibrose ved at reducere syntesen af ​​en bestemt form for kollagen, kendt som type I. Dr. Jain og hans kolleger begrundede, at den samme hæmmende effekt kan føre til lettere passage af nanopartikler ind i de dybe fordybninger i en tumor. Faktisk, det er præcis den effekt, de observerede ved doser af lægemidlet, der var små nok til at efterlade blodtrykket upåvirket. Test viste, at Doxil, det første godkendte nanopartikulære kræftmiddel, var mere effektiv til behandling af tæt, fibrotiske tumorer, såsom tumorer i bugspytkirtlen, vokser hos mus. Dr. Jain og hans kolleger bemærker i deres papir, at fordi langtidsbehandling med Losartan har vist sig at være sikker hos mennesker, og fordi mange kræftfremkaldende midler øger blodtrykket, administration af Losartan med nanopartikler har en stærk mulighed for at gavne kræftpatienter.

Arbejdet med flertrins nanopartikler, som er beskrevet i et papir med titlen, "Multistage nanopartikel -leveringssystem til dyb penetration i tumorvæv, "blev støttet delvist af NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, et omfattende initiativ designet til at fremskynde anvendelsen af ​​nanoteknologi til forebyggelse, diagnose, og behandling af kræft. Et abstract af dette papir er tilgængeligt på tidsskriftets websted.