Nyt system bruger nanodiamanter til at levere kemoterapimedicin direkte til hjernetumorer

(Phys.org) – Forskere ved UCLAs Jonsson Comprehensive Cancer Center har udviklet et innovativt lægemiddelleveringssystem, hvor små partikler kaldet nanodiamanter bruges til at transportere kemoterapimedicin direkte ind i hjernetumorer. Den nye metode viste sig at resultere i større kræftdræbende effektivitet og færre skadelige bivirkninger end eksisterende behandlinger.

Forskningen, publiceret i det foreløbige onlinenummer af det peer-reviewede tidsskrift Nanomedicin:Nanoteknologi, Biologi og medicin , var et samarbejde mellem Dean Ho fra UCLA School of Dentistry og kolleger fra Lurie Children's Hospital i Chicago og Northwestern University's Feinberg School of Medicine. Ho medleder UCLA Dentistry's Weintraub Center for Reconstructive Biotechnology og er professor i afdelingen for oral biologi og medicin, opdelingen af ​​avanceret protetik, og afdelingen for bioteknik.

Glioblastom er den mest almindelige og dødelige type hjernetumor. Trods behandling med operation, stråling og kemoterapi, median overlevelsestid for glioblastompatienter er mindre end halvandet år. Tumorerne er notorisk svære at behandle, dels fordi kemoterapimedicin, der injiceres alene, ofte ikke er i stand til at trænge ind i systemet af beskyttende blodkar, der omgiver hjernen, kendt som blod-hjerne-barrieren. Og de lægemidler, der krydser barrieren, forbliver ikke koncentreret i tumorvævet længe nok til at være effektive.

Lægemidlet doxorubicin, et almindeligt kemoterapimiddel, har vist lovende i en bred vifte af kræftformer, og det har fungeret som modellægemiddel til behandling af hjernetumorer, når det injiceres direkte i tumoren. Ho's team udviklede oprindeligt en strategi for kraftigt at binde doxorubicin-molekyler til nanodiamantoverflader, skabe et kombineret stof kaldet ND-DOX.

Nanodiamanter er kulstofbaserede partikler på ca. 4 til 5 nanometer i diameter, der kan bære en bred vifte af lægemiddelforbindelser. Og mens tumorcelleproteiner er i stand til at udstøde de fleste kræftlægemidler, der sprøjtes ind i cellen, før disse lægemidler når at virke, de kan ikke slippe af med nanodiamanterne. Dermed, lægemiddel-nanodiamant-kombinationer forbliver i cellerne meget længere uden at påvirke vævet omkring tumoren.

Ho og hans kolleger antog, at glioblastom kunne behandles effektivt med et nanodiamant-modificeret lægemiddel ved at bruge en direkte injektionsteknik kendt som konvektionsforbedret levering, eller CED. De brugte denne metode til at injicere ND-DOX direkte i hjernetumorer i gnavermodeller.

Forskerne fandt ud af, at ND-DOX-niveauer i tumorerne blev bibeholdt i en varighed langt ud over doxorubicin alene. viser, at doxorubicin blev taget ind i tumoren og forblev i længere tid, når det var knyttet til nanodiamanter. Ud over, ND-DOX blev også fundet at øge apoptose - programmeret cancercelledød - og at reducere cellelevedygtighed i gliom (hjernekræft) cellelinjer.

Resultaterne viste også for første gang, at ND-DOX-leveringen begrænsede mængden af ​​doxorubicin, der blev fordelt uden for tumoren. Dette reducerede toksiske bivirkninger og holdt mere af lægemidlet i tumoren i længere tid, at øge lægemidlets tumor-dræbende effektivitet uden at påvirke det omgivende væv. Overlevelsestiden steg signifikant hos rotterne behandlet med ND-DOX, sammenlignet med dem, der kun får umodificeret doxorubicin.

Nanodiamanter har mange facetter, næsten som overfladen af ​​en fodbold, og kan binde til doxorubicin meget stærkt og hurtigt, Ho bemærkede. Yderligere forskning vil udvide listen over kemoterapilægemidler til hjernekræft, der kan fastgøres til nanodiamantoverfladerne for at forbedre behandlingen og reducere bivirkninger.

For at en nanopartikel skal have translationel betydning, det skal have så mange fordele indbygget i ét system så enkelt som muligt.

"Nanomaterialer er lovende midler til behandling af forskellige typer kræft, " sagde Ho. "Vi leder efter lægemidler og situationer, hvor nanoteknologi faktisk hjælper kemoterapi med at fungere bedre, gør det lettere for patienten og sværere for kræften."

Denne undersøgelse viste, at konvektionsforstærket levering af ND-DOX tilbyder et kraftfuldt behandlingssystem mod disse meget vanskelige og dødelige hjernetumorer, sagde Ho.

Han bemærkede, at dette storstilede projekt har været vellykket takket være den tværfaglige og proaktive interaktion mellem hans team af bioingeniører og deres fremragende kliniske samarbejdspartnere fra Northwestern University og Lurie Children's Hospital.