Nanopartikler, pH-forese kunne forbedre kræfttilførselen

(Phys.org) – Forskere har udviklet et koncept til potentielt at forbedre leveringen af ​​lægemidler til kræftbehandling ved hjælp af nanopartikler, der koncentreres og udvides i nærvær af højere surhedsgrad fundet i tumorceller.

Konceptet involverer at bruge nanopartikler lavet af "svage polybaser, "forbindelser, der udvider sig, når de transporteres ind i miljøer, der efterligner tumorceller, som har en højere surhedsgrad end omgivende væv. Forskerne brugte sofistikeret modellering til at vise, hvordan partiklerne ville akkumulere i områder med højere surhedsgrad og forblive der længe nok til at levere kræftlægemidler.

"Dette fænomen, som vi kalder pH-forese, kan give en nyttig mekanisme til at forbedre leveringen af ​​lægemidler til cancerceller i solidt tumorvæv, " sagde You-Yeon Won, en lektor i kemiteknik ved Purdue University.

Opløsninger med en pH mindre end 7 siges at være sure, og dem med en højere pH er basiske eller alkaliske. pH-foresekonceptet afhænger af brugen af ​​syntetiske "polymermiceller, "små sfærer til lægemiddellevering, der rummer medicin i deres indre kerne og indeholder en ydre skal lavet af et materiale, der har vist sig at udvide sig dramatisk, efterhånden som pH ændres fra basisk til sur.

En dobbelt størrelsesforøgelse kunne resultere i en lignende stigning i effektiviteten af ​​lægemiddellevering til tumorer.

"En sådan effekt ville være en game changer ved at levere den korrekte dosis af anticancer-lægemidler inde i tumorceller, " sagde Won. "Dette pH-foresekoncept kunne også let kombineres inden for andre etablerede lægemiddelleveringsmetoder, gør det potentielt praktisk til medicinsk anvendelse."

Konceptet er beskrevet i et forskningspapir, der vil blive vist i Journal of Controlled Release den 15. juli, og en uredigeret version udkom online den 19. juni. Papiret er skrevet af Won og ph.d.-studerende Hoyoung Lee. Fund viste, hvordan micellernes ekspansion er optimeret i den specifikke pH i tumorceller.

Forskerne viste, at den højeste grad af micellehævelse i tumorer skal forekomme, når der er en pH på omkring 7,0, plus eller minus 0,5, for optimal levering af lægemidler til tumorvæv.

"Fast tumorer har en væsentlig lavere ekstracellulær pH, omkring 6,5-6,9, sammenlignet med normalt væv, som har en gennemsnitlig pH på 7,4, " sagde Won.

De svage polybaser i micellerne indeholder molekyler kaldet aminer, som er lavet af nitrogen- og brintatomer. Micellerne svulmer ved lavere pH på grund af den øgede "protonering, " eller tilføjelse af protoner til nitrogenatomer i aminerne. Fordi protonerne er positivt ladede, de ens ladede aminer frastøder hinanden, får nanopartiklerne til at udvide sig.

Den positive ladning bremser bevægelsen af ​​miceller ud af tumorvæv, hvilket ville få nanopartiklerne til at akkumulere inde i tumormassen længe nok til at trænge ind i tumorceller og frigive anticancermedicin.

"Dette koncept er ligetil at forstå, men ingen kendte det tidligere, " sagde Won. "Og det tog os et stykke tid at sætte denne beskrivelse på et matematisk grundlag. At gøre det, vi var nødt til at ændre den berømte Ficks første lovdiffusionsligning."

Loven, afledt af læge og fysiolog Adolf Fick i 1855, beskriver, hvordan molekyler diffunderer fra områder med høj koncentration til områder med lav koncentration.

Micellerne er også belagt med beskyttende lak, så de kan forblive intakte længe nok til at nå tumorsteder, hvor de ville udvide sig og derefter nedbrydes biologisk.

Mere forskning er nødvendig for at bestemme, hvor godt tilgangen kunne forbedre lægemiddellevering, men pH-forese-konceptet udviklet af Won og hans studerende repræsenterer et skridt i udviklingen af ​​nanomedicinske teknikker i lægemiddellevering, han sagde.