Forbedrede nanopartikler leverer medicin ind i hjernen

Hjernen er et notorisk svært organ at behandle, men Johns Hopkins-forskere rapporterer, at de er et skridt tættere på at have et system til levering af lægemidler, der er fleksibelt nok til at overvinde nogle centrale udfordringer, der skyldes hjernekræft og måske andre sygdomme, der påvirker det organ.

I en rapport, der blev offentliggjort online den 29. august i Videnskabelig translationel medicin , Johns Hopkins -teamet siger, at dets bioingeniører har designet nanopartikler, der sikkert og forudsigeligt kan infiltrere dybt ind i hjernen, når de testes i gnavere og humant væv.

"Vi er glade for at have fundet en måde at forhindre stofindlejrede partikler i at klæbe til deres omgivelser, så de kan sprede sig, når de er i hjernen, "siger Justin Hanes, Ph.d., Lewis J. Ort, professor i oftalmologi, med sekundære ansættelser inden for kemisk og biomolekylær teknik, biomedicinsk videnskab, onkologi, neurologisk kirurgi og miljø sundhedsvidenskab, og direktør for Johns Hopkins Center for Nanomedicine.

Efter operation for at fjerne en hjernesvulst, standardbehandlingsprotokoller inkluderer anvendelse af kemoterapi direkte på det kirurgiske sted for at dræbe alle efterladte celler, der ikke kunne fjernes kirurgisk. Til dato, denne metode til at forhindre tumorgenfald er kun moderat vellykket, delvis, fordi det er svært at administrere en dosis kemoterapi, der er høj nok til at trænge ind i vævet tilstrækkeligt til at være effektivt og lavt nok til at være sikkert for patienten og sundt væv.

For at overvinde denne dosisudfordring, ingeniører designede nanopartikler-cirka en tusindedel af et menneskehårs diameter-der leverer stoffet i små, faste mængder over en periode. Konventionelle nanopartikler til levering af lægemidler fremstilles ved at indespærre lægemiddelmolekyler sammen med mikroskopiske, snorlignende molekyler i en stram kugle, som langsomt nedbrydes, når det kommer i kontakt med vand. Ifølge Charles Eberhart, M.D., en patolog fra Johns Hopkins og bidragsyder til dette arbejde, disse nanopartikler har historisk set ikke fungeret særlig godt, fordi de klæber til celler på applikationsstedet og har en tendens til ikke at vandre dybere ind i vævet.

Elizabeth Nance, en kandidatstuderende i kemisk og biomolekylær teknik på Hopkins, og Hopkins neurokirurg Graeme Woodworth, M.D., mistanke om, at lægemiddelindtrængning kan forbedres, hvis nanopartikler til levering af lægemidler interagerer minimalt med deres omgivelser. Nance først belagt nanostørrelse plastperler i forskellige størrelser med et klinisk testet molekyle kaldet PEG, eller poly (ethylenglycol), der havde vist andre at beskytte nanopartikler mod kroppens forsvarsmekanismer. Teamet begrundede, at et tæt lag PEG også kunne gøre perlerne mere glatte.

Holdet injicerede derefter de overtrukne perler i skiver af gnavere og humant hjernevæv. De mærkede først perlerne med glødende mærker, der gjorde det muligt for dem at se perlerne, da de bevægede sig gennem vævet. Sammenlignet med ikke-PEG-belagte perler, eller perler med en mindre tæt PEG -belægning, de fandt ud af, at en tæt belægning af PEG tillod større perler at trænge ind i vævet, selv de perler, der var næsten dobbelt så store som tidligere antaget at være det maksimalt mulige for penetration i hjernen. De testede derefter disse perler i levende gnaverhjerner og fandt de samme resultater.

Forskerne tog derefter bionedbrydelige nanopartikler med kemoterapimedicinet paclitaxel og overtrukte dem med PEG. Som forventet, i rottehjernevæv, nanopartikler uden PEG -belægningen bevægede sig meget lidt, mens PEG-dækkede nanopartikler fordelte sig ganske godt.

"Det er virkelig spændende, at vi nu har partikler, der kan bære fem gange mere stof, slippe den tre gange så lang tid og trænge længere ind i hjernen end før, "siger Nance." Det næste trin er at se, om vi kan bremse tumorvækst eller tilbagefald hos gnavere. "Woodworth tilføjede, at teamet" også ønsker at optimere partiklerne og parre dem med lægemidler til behandling af andre hjernesygdomme, som multipel sklerose, slag, traumatisk hjerneskade, Alzheimers og Parkinsons. "Et andet mål for teamet er at kunne administrere deres nanopartikler intravenøst, hvilket er forskning, de allerede er begyndt.