Guldnanopartikler:En ny levering til kræftmedicin

(Phys.org)-Proteintumor nekrosefaktor-alfa (TNF-alfa) er et kraftfuldt våben i arsenalet til bekæmpelse af kræft. Desværre, som det er tilfældet med mange potente kræftbehandlinger, brugen af ​​TNF-alfa som en behandling mod kræft har været stærkt begrænset. "Det var så giftigt, at det forårsagede døden, "og forskere opgav det, forklarer Scott McNeil, direktør for Nanotechnology Characterization Lab på Frederick National Laboratory for Cancer Research.

Det var tilbage i 1990'erne. I dag, TNF-alpha er et glimrende eksempel på, hvordan man sikkert og effektivt kan levere giftige stoffer til kræftceller ved hjælp af nanoteknologi.

McNeils laboratorium, en del af det føderalt finansierede forsknings- og udviklingscenter, der drives af SAIC-Frederick for National Cancer Institute, arbejdet med et lægemiddelfirma for at omformulere TNF-alfa ved at koble det med guldnanopartikler. Ved hjælp af det nanoteknologiforbedrede protein, det ser ud til at være sikkert at injicere op til tre gange den mængde, der havde været dødelig med tidligere versioner. Det modificerede lægemiddel har været igennem et klinisk fase 1 -forsøg og går ind i fase 2.

I McNeils laboratorium, og for andre forskere, der bruger nanoteknologi til levering af lægemidler, historier som denne er mere og mere almindelige. Forskere søger at fremskynde udviklingen af ​​potentielle nanoteknologiske lægemidler mod kræft ved at undersøge måder at reducere bivirkninger og få behandlinger til at ramme deres mål mere effektivt. Dette kan betyde at bruge nanoteknologi til at omformulere lægemidler, der kan have mislykkedes i tidligere kliniske forsøg. I nogle tilfælde, ved at vedhæfte en nanopartikel til et eksisterende lægemiddel, forskere er muligvis ikke kun i stand til at sænke dets toksicitet, men de kan også se betydelige gevinster ved forventet levetid for patienter.

Mange kræftlægemidler er godkendt baseret på, hvor længe de forsinker sygdomsudviklingen. Nogle lægemidler på markedet forbedrer kun levetiden med måske fem uger, "siger McNeil. Han ser nanomedicin som en potentiel game-changer for kræftlægemidler i fremtiden.

McNeil, både en kemiker og biolog, har tilbragt størstedelen af ​​sin karriere inden for nanoteknologi, men da han blev bedt om at anvende sin ekspertise til at finde bedre lægemidler mod kræft, han var skeptisk. "Min professionelle karriere var for det meste militær, "siger den tidligere hærsofficer." Jeg brugte nanoteknologi til militære applikationer på SAIC, ved hjælp af kvantepunkter for at se, om du spreder ting, hvor de lander. Jeg fik et opkald ud af det blå i december 2003, og beskeden var:'Vi vil bruge nanotek til kræftapplikationer.' Jeg troede, 'Hvad tænker de? Vil du lægge en cadmium -kvantepunkt i et menneske? Der er ingen måde! ' Jeg diskonterede det først, og jeg ignorerede faktisk e -mails, håber det vil forsvinde. "

Men det gik ikke væk. Faktisk, meget har ændret sig i de sidste 10 år. Nu, nanofarmaka begynder at demonstrere deres evne til at placere lægemidlerne direkte i tumoren, hvor de vil gøre mest godt, frem for at lade dem færdes frit i kroppen. Et lægemiddel er knyttet til en nanopartikel, som ofte er en bitte lille kugle. For at sætte det i perspektiv, et nanometer er en milliarddel af en meter; bredden af ​​en enkelt hårstreng er omkring 10, 000 nanometer. Nanopartiklen er lille nok til at strømme gennem blodkar og ind i en tumor, hvor partiklen dissocierer, og stoffet frigives. Til sidst, målet med nanomedicin er, at den eneste del af kroppen, der er påvirket af lægemidlet, er tumoren, behovsområdet.

McNeils Nanotechnology Characterization Lab blev grundlagt i 2004 i samarbejde med Food and Drug Administration og National Institute of Standards and Technology. Der er én ting, laboratoriet ikke gør:udvikle nanoteknologiske lægemidler. I stedet, forskere der - alt inden for ekspertise fra kræftbiologi og toksikologi til kemi, immunologi, og fysik - hjælp efterforskere fra hele verden med at skabe de bedst mulige lægemidler. "Vi hjælper efterforskere med at komme fra bevis på koncept, hvor de genererer et par snesevis af milligram materiale og går ind i kliniske forsøg, hvor de skal bruge kilogram materialer, "siger McNeil." Den translationelle forskning, som vi kalder det, er helt afgørende for at komme i kliniske forsøg. "

Størstedelen af ​​forskere, der ansøger om bistand fra NCL, søger FDA -godkendelse til deres nanotekniske lægemidler, men de har ikke ressourcer til at optimere deres formel. NCL kan hjælpe. "Vi hjælper dem med at forstå, hvad der er involveret i deres partikel, fordi de ikke har de værktøjer, vi skal kunne karakterisere, "siger McNeil." De kan have et godt billede eller en tegneserie af det, men indtil de ser vores elektronmikrografer, de ved ikke, hvordan det ser ud. "

Nanoteknologikarakteriseringslab har to formål. Efter at et molekyle har været igennem NCL's assaykaskade, der består af et sæt tests, der evaluerer den prækliniske toksikologi, farmakologi, og effektiviteten af ​​nanopartikler, NCL kan tilbyde en evaluering. "Efterforskeren skal bruge $ 40 millioner dollars for at komme ind i fase 2-forsøg. Efterforskere skal begrunde investeringen. Vi hjælper dem med at generere data, de har brug for for at fremme deres arbejde, og derefter fungerer vi som en tredjepartsevaluering." Det er afgørende, McNeil siger, for en efterforsker, der søger finansiering. "Et venturekapitalfirma kan komme til os og sige, 'Godt, hvad synes du egentlig om dette? Lad os se dine data, og forklar det og forsvar det. ' Vi, naturligvis, kan ikke godkende det, men vi kan diskutere dataene i sammenhæng med, hvad de forsøger at gøre. Det holder virkelig meget. "

Overvej eksemplet med Abraxane (paclitaxel), som blev godkendt til brug af FDA i 2005. Abraxane, et variabelt toksisk, men meget ordineret kræftlægemiddel, er blevet forbedret ved at vedhæfte det til en nanopartikel, derved skabe en ny, målrettet behandling. "På grund af størrelsen og bindingen til en anden receptor, at lægemidlet nu har nedsat toksicitet sammenlignet med det tidligere lægemiddel. For den nanopartikel-Abraxan-konjugerede toksicitet er meget marginal, i det mindste for immunotoksicitet og overfølsomhed, "siger McNeil.

Siden 2005 har Nanotechnology Characterization Lab har karakteriseret næsten 300 forskellige partikler. Seks af dem er i kliniske forsøg. "Afhængigt af hvilket samfund du er fra, enten er det et fantastisk forhold, eller det er et dårligt forhold, "forklarer McNeil." Vi ser det som et superfint forhold. Et farmaceutisk selskab kan fremstille hundredtusinder af forskellige lægemidler og kun cirka en ud af 100, 000 kommer ind i kliniske forsøg. "

Nanoteknologis plads i kræftbehandlingsarsenalet fremstår også som sikker. En ny rapport fra Infiniti Research Limited, et marketingundersøgelsesfirma med speciale i lægemidler og sundhedspleje, forudsiger, at markedet for nanoteknologisk lægemiddellevering er på vej til at fordobles inden for de næste fem år.