Angriber kræftceller med nanopartikler

(PhysOrg.com) -- Omtrent hver tredje dag, Colleen Alexander, en kandidatstuderende i kemi, nærer celler, der forårsager en dødelig type hjernekræft. Det er et ritual, der involverer vurdering af cellernes helbred under et mikroskop, vaske døde celler væk med en speciel opløsning og indsprøjtning af rent medium, der vil pleje de levende celler og generere nye. På et tidspunkt, disse celler vil blive udsat for kemoterapimidler knyttet til nanopartikler lavet af guld.

Det er en revolutionerende idé til et molekylært lægemiddelleveringssystem udviklet af to kemikere fra Syracuse Universitys College of Arts and Sciences, som har kombineret deres meget forskellige ekspertiseområder. Deres arbejde blev for nylig omtalt i Journal of the National Cancer Institute (NCI) i en nyhedsartikel, der fremhæver NCIs stigende fokus på at bruge nanoteknologi til at diagnosticere og behandle kræft. Det er et forskningsområde, hvor NCI investerer $30 millioner om året, nationalt, over de næste fem år.

Ideen til at vedhæfte kemoterapi-lægemiddelmolekyler til nanopartikler lavet af guld udviklede sig fra en række samtaler på gangen og "hvad nu hvis" mellem James Dabrowiak og Mathew Maye. Begge er medlemmer af kollegiets afdeling for kemi og af Syracuse Biomaterials Institute, som stiller højt specialiserede laboratoriefaciliteter til rådighed for deres arbejde.

Dabrowiak har viet den største del af sin karriere til forskning i kræftmedicin og er Alexanders ph.d. fakultetsrådgiver. Mayes ekspertise ligger inden for nanoteknologi. Han bruger biomimetiske metoder til at samle nanomaterialer. Biomimetisk betyder at bruge DNA til at få nanopartikler til at efterligne naturen.

"Du kan sætte en enorm mængde små lægemiddelmolekyler på en enkelt nanopartikel, " siger Dabrowiak. "Det resulterer i, at meget høje koncentrationer af lægemidlet kommer ind i kræftceller, gør stoffet til et mere effektivt dræbermiddel med færre bivirkninger."

Tricket er at finde den mest effektive måde at bygge de lægemiddelfyldte nanopartikler på. Det er her, Mayes ekspertise kommer ind. Hans laboratorium har udviklet en måde at knytte DNA til guld-nanopartikler. Lægemiddelmolekylerne klæber til de DNA-coatede nanopartikler, kodet til at tiltrække bestemte typer stoffer. Når lægemidlet er påsat, overfladen af ​​nanopartiklerne er belagt med inaktive materialer for at forhindre immunsystemet i at angribe nanopartiklerne som en fremmed angriber, før den kommer til tumoren.

"Vores er en helt anden måde at designe et molekylært lægemiddelleveringssystem på, " siger Maye. ”Den metode, vi bruger til at knytte lægemiddelmolekyler til DNA'et, er en unik del af systemet. Det er et forskningsområde, som ingen udforsker."

Ud over at levere en højere koncentration af lægemidler til individuelle kræftceller, forskerne siger, at nanopartikler potentielt kan være mere effektive til at komme ind i tumorer end nuværende lægemiddelleveringssystemer. På grund af deres hurtige vækst, tumorer er mindre tætpakket og mere porøse end sunde væv. Lægemiddelmolekyler er små og har en tendens til at lække ud af porerne, reducerer lægemidlets virkning på tumoren. I modsætning, de større nanopartikler har en tendens til at sidde fast inde i porerne, giver lægemidlet mere tid til at trænge ind i tumoren.

"Nanopartiklerne fanges lettere af tumorer end af normalt væv, " siger Dabrowiak. "Mere medicin kommer ind i tumorer og mindre kommer ind i sundt væv, hvilket fører til færre bivirkninger for patienterne.”

Forskernes ultimative mål er at udvikle "smarte nanopartikler", der kun ville opsøge kræftceller, efterlader sunde celler og væv uberørt. "Vi kan knytte flere slags molekyler til en enkelt nanopartikel, herunder partikler, der genkender specifikke træk ved kræftceller, " siger Maye. "Vores mål er at udvikle smarte nanopartikelleveringssystemer til eksisterende kemoterapilægemidler."