Nye nanopartikler kommunikerer mere effektivt for at målrette tumorer

(PhysOrg.com) -- I årtier, forskere har arbejdet på at udvikle nanopartikler, der leverer kræftmedicin direkte til tumorer, minimere de toksiske bivirkninger af kemoterapi. Imidlertid, selv med de bedste af disse nanopartikler, kun omkring 1 procent af lægemidlet når typisk sit tilsigtede mål.

Nu, et team af forskere fra MIT, Sanford-Burnham Medical Research Institute, og University of California i San Diego har designet en ny type leveringssystem, hvor en første bølge af nanopartikler huserer på tumoren, kalder derefter en meget større anden bølge ind, der uddeler kræftlægemidlet. Denne kommunikation mellem nanopartikler, muliggjort af kroppens egen biokemi, boostede lægemiddellevering til tumorer med over 40 gange i en museundersøgelse.

Denne nye strategi kan øge effektiviteten af ​​mange lægemidler mod kræft og andre sygdomme, siger Geoffrey von Maltzahn, en tidligere MIT doktorand nu ved Cambridge-baserede Flagship VentureLabs, og hovedforfatter til et papir, der beskriver systemet i onlineudgaven af ​​Nature Materials den 19. juni.

"Det, vi har demonstreret, er, at nanopartikler kan konstrueres til at gøre ting som at kommunikere med hinanden i kroppen, og at disse kapaciteter kan forbedre effektiviteten, hvormed de finder og behandler sygdomme som kræft, " siger von Maltzahn.

Senior forfatter af papiret er Sangeeta Bhatia, John og Dorothy Wilson professor i sundhedsvidenskab og teknologi og medlem af MIT's David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research.

Von Maltzahn og Bhatia hentede deres inspiration fra komplekse biologiske systemer, hvor mange komponenter arbejder sammen for at opnå et fælles mål. For eksempel, immunsystemet fungerer gennem et stærkt orkestreret samarbejde mellem mange forskellige typer celler.

"Der er smukke eksempler gennem hele biologien, hvor i systemskala, kompleks adfærd opstår som et resultat af interaktion, samarbejde, og kommunikation mellem enkle individuelle komponenter, " siger von Maltzahn.

MIT-teamets tilgang er baseret på blodkoagulationskaskaden - en række reaktioner, der starter, når kroppen opdager skade på et blodkar. Proteiner i blodet kendt som koagulationsfaktorer interagerer i en kompleks kæde af trin for at danne tråde af fibrin, som hjælper med at forsegle skadestedet og forhindre blodtab.

For at udnytte kommunikationskraften i den kaskade, forskerne havde brug for to typer nanopartikler - signalering og modtagelse.

Signalering partikler, som udgør den første bølge, forlader blodbanen og ankommer til tumorstedet via bittesmå huller i de utætte blodkar, der typisk omgiver tumorer (dette er den samme måde, som de fleste målrettede nanopartikler når deres destination). En gang ved tumoren, denne første bølge af partikler provokerer kroppen til at tro, at der er sket en skade på et tumorsted, enten ved at udsende varme eller ved at binde sig til et protein, der sætter koagulationskaskaden i gang.

Modtagende partikler er belagt med proteiner, der binder til fibrin, hvilket tiltrækker dem til stedet for blodkoagulation. Disse anden bølge partikler bærer også en lægemiddelnyttelast, som de frigiver, når de når tumoren.

I en undersøgelse af mus, et system af kommunikerende nanopartikelsystemer leverede 40 gange mere doxorubicin (et lægemiddel, der bruges til at behandle mange typer kræft) end ikke-kommunikerende nanopartikler. Forskerne så også en tilsvarende forstærket terapeutisk effekt på tumorer hos mus behandlet med kommunikerende nanopartikler.

For at bane vejen for potentielle kliniske forsøg og regulatorisk godkendelse, MIT-forskerne undersøger nu måder, hvorpå man kan erstatte komponenter i disse kooperative nanosystemer med lægemidler, der allerede testes på patienter. For eksempel, lægemidler, der inducerer koagulation på tumorsteder, kunne erstatte de signalpartikler, der blev testet i denne undersøgelse.

Jeffrey Brinker, professor i kemiteknik ved University of New Mexico, siger, at den nye strategi er en smart måde at forbedre lægemiddellevering til tumorsteder. "I stedet for at målrette mod selve tumoren, det er rettet mod et mikromiljø, som de har skabt, ” siger han. "Ved at udvikle disse nanosystemer i en to-trins tilgang, som kunne bruges i kombination med en masse andre strategier."