Nanobubbles plus kemoterapi er lig med målretning mod encellet cancer

Brug af lys-høstende nanopartikler til at omdanne laserenergi til "plasmoniske nanobobler, " forskere ved Rice University, University of Texas MD Anderson Cancer Center og Baylor College of Medicine (BCM) udvikler nye metoder til at injicere lægemidler og genetisk nyttelast direkte i kræftceller. I test på lægemiddelresistente kræftceller, forskerne fandt ud af, at levering af kemoterapilægemidler med nanobobler var op til 30 gange mere dødelig for kræftceller end traditionel lægemiddelbehandling og krævede mindre end en tiendedel af den kliniske dosis.

"Vi leverer kræftlægemidler eller anden genetisk last på enkeltcelleniveau, " sagde Rice's Dmitri Lapotko, en biolog og fysiker, hvis plasmoniske nanobobleteknik er genstand for fire nye peer-reviewede undersøgelser, inklusiv en, der skal afleveres senere på måneden i journalen Biomaterialer og en anden offentliggjort 3. april i tidsskriftet PLoS ONE . "Ved at undgå raske celler og levere stofferne direkte inde i kræftceller, vi kan samtidig øge lægemidlets effektivitet og samtidig sænke dosis."

At levere lægemidler og terapier selektivt, så de påvirker kræftceller, men ikke raske celler i nærheden, er en stor hindring for lægemiddellevering. Sortering af kræftceller fra raske celler har været vellykket, men det er både tidskrævende og dyrt. Forskere har også brugt nanopartikler til at målrette mod kræftceller, men nanopartikler kan optages af raske celler, så at vedhæfte lægemidler til nanopartiklerne kan også dræbe raske celler.

Ris's nanobobler er ikke nanopartikler; hellere, de er kortvarige begivenheder. Nanoboblerne er bittesmå lommer af luft og vanddamp, der dannes, når laserlys rammer en klynge af nanopartikler og omdannes øjeblikkeligt til varme. Boblerne dannes lige under overfladen af ​​kræftceller. Når boblerne udvider sig og brister, de åbner kortvarigt små huller i overfladen af ​​cellerne og tillader kræftmedicin at skynde sig ind. Den samme teknik kan bruges til at levere genterapier og andre terapeutiske nyttelaster direkte ind i celler.

Denne metode, som endnu ikke er testet på dyr, vil kræve mere forskning, før det kan være klar til human test, sagde Lapotko, fakultetsstipendiat i biokemi og cellebiologi og i fysik og astronomi på Rice.

Det Biomaterialer undersøgelse, der skal foregå senere på måneden, rapporterer selektiv genetisk modifikation af humane T-celler med henblik på anti-cancer celleterapi. Papiret, som er medforfatter af Dr. Malcolm Brenner, professor i medicin og pædiatri ved BCM og direktør for BCM's Center for Celle- og Genterapi, fandt ud af, at metoden "har potentialet til at revolutionere lægemiddellevering og genterapi i forskellige anvendelser."

"Nanoboble-injektionsmekanismen er en helt ny tilgang til lægemiddel- og genlevering, " sagde Brenner. "Det lover godt for selektivt at målrette kræftceller, der er blandet med raske celler i den samme kultur."

Lapotkos plasmoniske nanobobler genereres, når en puls af laserlys rammer en plasmon, en bølge af elektroner, der skvulper frem og tilbage hen over overfladen af ​​en metalnanopartikel. Ved at matche laserens bølgelængde til plasmonets, og indtaste den helt rigtige mængde laserenergi, Lapotkos team kan sikre, at nanobobler kun dannes omkring klynger af nanopartikler i kræftceller.

Ved at bruge teknikken til at få medicin gennem en kræftcelles beskyttende ydervæg, eller cellemembran, kan dramatisk forbedre lægemidlets evne til at dræbe kræftcellen, som vist af Lapotko og MD Andersons Xiangwei Wu i to nylige undersøgelser, en ind Biomaterialer i februar og en anden i Avancerede materialer i marts.

"At overvinde lægemiddelresistens repræsenterer en af ​​de største udfordringer i kræftbehandling, " sagde Wu. "Målretning af plasmoniske nanobobler til kræftceller har potentialet til at forbedre lægemiddellevering og kræftcelledrab."

For at danne nanoboblerne, forskerne skal først få guld-nanoklyngerne ind i kræftcellerne. Det gør forskerne ved at mærke individuelle guldnanopartikler med et antistof, der binder sig til kræftcellens overflade. Celler indtager guldnanopartiklerne og binder dem sammen i små lommer lige under deres overflader.

Mens nogle få guldnanopartikler optages af raske celler, kræftcellerne fylder meget mere, og selektiviteten af ​​proceduren skyldes det faktum, at minimumstærsklen for laserenergi, der er nødvendig for at danne en nanoboble i en kræftcelle, er for lav til at danne en nanoboble i en sund celle.