Nanopartikler og Mini-NMR peger på vejen til personlig kræftbehandling

(PhysOrg.com) -- Med fremkomsten af ​​målrettet lægemiddelbehandling til behandling af kræft, det er blevet klart, at en vigtig forudsigelse for disse behandlingers succes er, om et sådant lægemiddel når sit mål hos patienten. Bundlinjen mål for succes er overlevelse, men at have et hurtigt mål for lægemiddelmålretning ville gøre det muligt for onkologer at foretage tidlige ændringer i behandlingen, hvis mængden af ​​lægemiddel, der nåede det tilsigtede mål, ikke var tilstrækkelig til at dræbe en tumor.

Ralph Weissleder og hans kolleger på Harvard Medical School kan have udviklet lige, hvad onkologer har bestilt. Brug af magnetiske nanopartikler som en følsom aflæsning af lægemiddelmålretning, og et miniaturiseret nuklear magnetisk resonans (NMR) instrument, Weissleders team skabte et nyt system til direkte måling af både målekspression og lægemiddelbinding i et lille antal tumorceller opnået via nålebiopsi. Denne nye teknik har potentialet til at give resultater i realtid på tidspunktet for biopsi. Weissleder er co-principal investigator af MIT-Harvard Center for Cancer Nanotechnology Excellence.

Rapporterer sit arbejde i journalen ACS Nano , Harvard-teamet viste, at de kunne bruge deres system til at måle, hvor effektive såkaldte PARP-hæmmere er til at binde til deres tilsigtede mål, proteinet poly(ADP-ribose) polymerase (PARP). Adskillige PARP-hæmmere er på vej gennem kliniske forsøg til behandling af bryst- og ovariecancer. Forskerne bemærker, selvom, at deres system er bredt anvendeligt til stort set enhver type lægemiddel, der skal binde til et specifikt molekylært mål.

Nøglekomponenten i dette specifikke analysesystem er et dextranovertrukket, tværbundet jernoxid (CLIO) nanopartikel knyttet til en lille molekylehæmmer af PARP. Når efterforskerne forberedte denne konstruktion, de testede det på fem forskellige tumorcellelinjer, der producerer forskellige niveauer af PARP. Efter at have blandet nanopartiklerne med cellerne, niveauer af PARP-ekspression blev målt ved hjælp af et miniaturiseret NMR-instrument på størrelse med en mobiltelefon. Resultaterne, hentet fra så få som 1500 celler, matchede dem opnået under anvendelse af standardproteinekspressionsteknologier.

Næste, efterforskerne testede deres system for at se, om det kunne bestemme målbinding for fem forskellige kommercielt tilgængelige PARP-hæmmere. Igen, resultaterne, opnået på mindre end 90 minutter og fra 10, 000 celler, matchede dem opnået ved hjælp af andre, mere udførlige, tidskrævende, og langt mindre følsomme standardteknologier.

Med disse resultater i hånden, Weissleders team målte lægemiddelmålretning i levende celler og blodprøver. Fra prøver så små som 1500 celler, efterforskerne fandt ud af, at deres system kunne detektere forskelle i PARP -ekspression og lægemiddelbinding på tværs af forskellige tumortyper. Resultaterne, skrev forskerne, "foreslå potentialet for et fremtidigt "behandlingsindeks, hvor patienter med høj lægemiddelbindende effekt ville modtage lavere terapeutiske doser, mens patienter med lav lægemiddelbindende effekt ville kræve højere doser eller være kandidater til at modtage alternative lægemidler." Efterforskerne arbejder allerede på et andengenerationssystem, der ville kræve endnu færre, eller endda single, celler, der kan sætte klinikere i stand til at identificere udviklingen af ​​sjældne lægemiddelresistente celler.

Dette arbejde, som er beskrevet i et papir med titlen, "Nanopartikel-medieret måling af mål-lægemiddelbinding i kræftceller, " blev delvist støttet 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 sammendrag af denne artikel er tilgængelig på tidsskriftets hjemmeside.