Nanopartikler, der skifter form, vender fra kugle til net som reaktion på tumorsignal

Forskere ved University of California, San Diego, har designet små sfæriske partikler til let at flyde gennem blodbanen efter injektion, saml derefter til et holdbart stillads i sygt væv. Et enzym produceret af en bestemt type tumor kan udløse transformation af kuglerne til netlignende strukturer, der ophobes på stedet for en kræft, oplyser teamet i journalen Avancerede materialer denne uge.

At målrette behandlinger specifikt mod kræft eller andre syge celler afhænger af nogle midler til at akkumulere høje niveauer af et lægemiddel eller et andet terapeutisk middel på det specifikke sted og holde det der. De fleste bestræbelser hidtil afhænger af at matche et stykke af det medikamentleverende molekyle til specifikke receptorer på overfladen af ​​målcellen.

Inspiration til denne nye strategi kom fra biologiske systemer, der bruger form til at ændre noget i evnen til at låse sig fast eller glide væk og flygte, sagde Nathan Gianneschi, professor i kemi og biokemi, der ledede projektet.

"Vi ønskede at komme med en ny tilgang, "Sagde Gianneschi." Specifikt, vi ønskede at designe omskiftelige materialer, som vi kunne injicere i en form og få dem til at skifte til en anden mellem blodet og tumorer. "

Nogle kræftvæv producerer høje niveauer af en klasse af molekyler kaldet MMP'er, til matrixmetalloproteinaser. Disse enzymer ændrer, hvordan andre proteiner opfører sig ved at ændre deres molekylære konfiguration, fører til metastase. Gianneschi og kolleger udnyttede denne evne til at ændre deres nanopartikler på måder, der ville få dem til at blive hængende på stedet for tumoren.

"Vi fandt ud af, hvordan man laver et autonomt materiale, der kunne fornemme dets miljø og ændre sig i overensstemmelse hermed, "Sagde Gianneschi.

Hver nanopartikel er lavet af mange vaskemiddellignende molekyler med den ene ende, der let blandes med vand og en anden, der afviser det. I løsning, de samler sig selv til kugler med de vandafvisende ender indeni, og i den konfiguration kan det let injiceres i en vene.

Når det blandes med MMP'er i hætteglas, enzymerne nikkede peptiderne på overfladen af ​​kuglerne, som blev samlet igen i netlignende tråde.

Teamet testede konceptet yderligere ved at injicere deres nye nanopartikler i mus med humane fibrosarkomer, en form for kræft, der producerer høje niveauer af MMP'er.

For at markere, hvornår kuglerne brød sammen for at danne andre strukturer, kemikerne placerede en af ​​to fluorecente farvestoffer, rhodamin eller fluorescein, inde i sfærerne. I umiddelbar nærhed, farvestofferne interagerer for at skabe et specifikt lyssignal kaldet FRET til Förster Resonance Energy Transfer, når energi hopper fra rhodamin til fluorescein.

Inden for en dag opdagede de FRET -signaler, der indikerede, at kuglerne havde samlet sig igen på tumorernes steder, og signalet vedvarede i mindst en uge.

Behandlingen er ikke i sig selv giftig. Det syntes ikke at ændre tumorer på nogen måde, og lever og nyre, de organer, der er mest sårbare over for sikkerhedsskader fra behandlinger, fordi de fjerner toksiner fra kroppen, var normale og raske otte dage efter injektion.

Forskellige versioner af disse nanopartikler kunne være designet til at reagere på signaler, der er forbundet med andre former for kræft og betændt væv, siger forfatterne. Kuglerne kan også konstrueres til at bære medicin, eller forskellige diagnostiske sonder.

Lige nu, det samme team udvikler nanopartikler, der bærer et infrarødt farvestof, hvilket ville gøre dem i stand til at visualisere tumorer dybere inde i kroppen sammen med andre materialer, der kan afbildes med instrumenter, der er almindeligt tilgængelige i klinikken.