Nanopartikler arbejder i harmoni

I årtier, forskere har arbejdet på at udvikle nanopartikler, der leverer kræftmedicin direkte til tumorer, minimering af de toksiske bivirkninger af kemoterapi. Imidlertid, selv med de bedste af disse nanopartikler, kun omkring en 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 (UCSD) har designet en ny type leveringssystem, hvor en første bølge af nanopartikler skærer ind på tumoren, kalder derefter på en meget større anden bølge, der afgiver kræftmedicinen. Denne kommunikation mellem nanopartikler, aktiveret af kroppens egen biokemi, øget lægemiddeltilførsel til tumorer mere end 40 gange i et musestudie.

Denne nye strategi kan øge effektiviteten af ​​mange lægemidler mod kræft og andre sygdomme, siger efterforskerne. Dette multiinstitutionelle team blev ledet af MIT's Sangeeta Bhatia, som også er medlem af MIT-Harvard Center for Cancer Nanotechnology Excellence, en del af National Cancer Institute's Alliance for Nanotechnology in Cancer. Denne forskning er beskrevet i et papir publiceret i tidsskriftet Nature Materials. Michael Sailor fra UCSD og Erkki Ruoslahti fra Sanford Burnham Institute, begge ledende medlemmer af Alliance for Nanotechnology in Cancer, deltog også i denne undersøgelse.

Dr. Bhatia og hendes samarbejdspartnere hentede deres inspiration fra komplekse biologiske systemer, hvor mange komponenter arbejder sammen for at nå et fælles mål. For eksempel, immunsystemet fungerer gennem stærkt orkestreret samarbejde mellem mange forskellige celletyper. I dette tilfælde, holdets 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 trinkæde 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. Signalpartikler, som udgør den første bølge, forlade blodbanen og ankomme til tumorstedet via små huller i de utætte blodkar, der typisk omgiver tumorer (det er på samme måde, som de fleste målrettede nanopartikler når deres destination). En gang ved tumoren, denne første bølge af partikler får kroppen til at tro, at der er sket en skade på et tumorsted, enten ved at udsende varme eller ved at binde til et protein, der afleder koagulationskaskaden.

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

I en undersøgelse af mus, ét system til kommunikation af nanopartikelsystemer leverede 40 gange mere af det meget anvendte anticancer-middel doxorubicin 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 myndighedsgodkendelse, Dr. Bhatia og hendes kolleger undersøger nu måder at erstatte komponenter i disse kooperative nanosystemer med lægemidler, der allerede er testet hos patienter. For eksempel, lægemidler, der fremkalder koagulation på tumorsteder, kunne erstatte de signalpartikler, der blev testet i denne undersøgelse.

Dette arbejde, som er beskrevet i et papir med titlen, "Nanopartikler, der kommunikerer in vivo for at forstærke tumormålretning, "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.