Nanopartikler forklædt som røde blodlegemer leverer kræftbekæmpende medicin

Forskere ved University of California, San Diego har udviklet en ny metode til at skjule nanopartikler som røde blodlegemer, som vil sætte dem i stand til at unddrage sig kroppens immunsystem og levere kræftbekæmpende medicin direkte til en tumor. Deres forskning vil blive offentliggjort i næste uge i online-tidlige udgave af Proceedings of the National Academy of Sciences.

Metoden går ud på at indsamle membranen fra en rød blodcelle og pakke den som en kraftig camouflerende kappe rundt om en bionedbrydelig polymer nanopartikel fyldt med en cocktail af småmolekylære lægemidler. Nanopartikler er mindre end 100 nanometer store, omtrent samme størrelse som en virus.

"Dette er det første arbejde, der kombinerer den naturlige cellemembran med en syntetisk nanopartikel til lægemiddellevering." sagde Liangfang Zhang, en nanoeningeering professor ved UC San Diego Jacobs School of Engineering og Moores UCSD Cancer Center. "Denne nanopartikelplatform vil have ringe risiko for immunrespons".

Forskere har i årevis arbejdet på at udvikle lægemiddelleveringssystemer, der efterligner kroppens naturlige adfærd for mere effektiv lægemiddellevering. Det betyder at skabe køretøjer såsom nanopartikler, der kan leve og cirkulere i kroppen i længere perioder uden at blive angrebet af immunsystemet. Røde blodlegemer lever i kroppen i op til 180 dage og, som sådan, er "naturens langcirkulerende leveringskøretøj, " sagde Zhangs elev Che-Ming Hu, en UCSD Ph.D. kandidat i bioteknik, og første forfatter på papiret.

Stealth-nanopartikler bruges allerede med succes i klinisk kræftbehandling til at levere kemoterapimedicin. De er belagt med et syntetisk materiale såsom polyethylenglycol, der danner et beskyttelseslag for at undertrykke immunsystemet, så nanopartiklerne har tid til at levere sin nyttelast. Zhang sagde, at nutidens stealth nanopartikel-medikamentleveringskøretøjer kan cirkulere i kroppen i timer sammenlignet med de minutter, en nanopartikel kan overleve uden denne særlige belægning.

Men i Zhangs studie, nanopartikler belagt i membranerne af røde blodlegemer cirkulerede i kroppen på laboratoriemus i næsten to dage. Undersøgelsen blev finansieret gennem en bevilling fra National Institute of Health.

Et skift mod personlig medicin

Brugen af ​​kroppens egne røde blodlegemer markerer et markant skift i fokus og et stort gennembrud inden for forskning i personaliseret medicinlevering. At forsøge at efterligne de vigtigste egenskaber ved et rødt blodlegeme i en syntetisk belægning kræver en dybdegående biologisk forståelse af, hvordan alle proteiner og lipider fungerer på overfladen af ​​en celle, så du ved, at du efterligner de rigtige egenskaber.
I stedet, Zhangs team tager bare hele overflademembranen fra en egentlig rød blodcelle.

"Vi nærmede os dette problem fra et ingeniørmæssigt synspunkt og omgik al denne grundlæggende biologi, " sagde Zhang. "Hvis de røde blodlegemer har en sådan egenskab, og vi ved, at det har noget at gøre med membranen - selvom vi ikke helt forstår præcis, hvad der foregår på proteinniveau - tager vi bare hele membranen. Du lægger kappen på nanopartiklerne, og nanopartiklerne ligner et rødt blodlegeme."

Brug af nanopartikler til at levere lægemidler reducerer også de timer, det tager at langsomt dryppe kemoterapi-lægemiddelopløsninger gennem en intravenøs linje til blot et par minutter for en enkelt injektion af nanopartikellægemidler. Dette forbedrer patientens oplevelse og overholdelse af den terapeutiske plan markant. Gennembruddet kunne føre til mere personlig lægemiddellevering, hvor en lille prøve af en patients eget blod kunne producere nok af den essentielle membran til at skjule nanopartiklerne, reducerer risikoen for immunrespons til næsten ingenting.

Zhang sagde, at et af de næste skridt er at udvikle en tilgang til storskala fremstilling af disse biomimetiske nanopartikler til klinisk brug, hvilket vil ske gennem finansiering fra National Science Foundation. Forskere vil også tilføje et målretningsmolekyle til membranen, der vil gøre det muligt for partiklen at søge og binde sig til kræftceller, og integrere holdets teknologi til at indlæse lægemidler i nanopartikelkernen, så flere lægemidler kan leveres på samme tid.

Zhang sagde, at det er vigtigt at kunne levere flere lægemidler i en enkelt nanopartikel, fordi kræftceller kan udvikle resistens over for lægemidler leveret individuelt. Ved at kombinere dem, og giver nanopartiklerne evnen til at målrette mod kræftceller, hele cocktailen kan kastes som en bombe inde fra kræftcellen.