En lillebitte, tidsbegrænset behandling

Omid Farokhzads vision om medicinens fremtid lyder meget som science fiction. Han ser medicin nedskaleret, med forsvindende små nanopartikler, der spiller en stor rolle, levering af lægemiddeldoser målt i molekyler direkte til kræftsvulster.

Han ser "teranostiske" partikler, der ikke kun leverer nanoterapi, men også stråle tilbage diagnostiske billeder af skiftende tumorceller. Han ser "smarte" nanopartikler, der frigiver små doser medicin, såsom insulin, som reaktion på kropsbetingelser, som at ændre blodsukkerniveauet.

Farokhzad ser nanopartikelbaserede vacciner, der kan tage glæden ud af rygning og vende allergier, og udviklingen af ​​terapeutiske nanopartikler, der kan tages oralt i stedet for at injiceres, åbner helt nye klasser af medicin, som kolesterolsænkende statiner, til nanopartikelbehandling.

En lektor i anæstesi ved Harvard Medical School (HMS) og Harvard-tilknyttede Brigham and Women's Hospital (BWH), Farokhzad ser disse ting, fordi han hjælper med at bringe dem til virkelighed. Af de syv målrettede nanopartikelbaserede lægemiddelkandidater, der i øjeblikket er i forsøg med mennesker, to er baseret på teknologier, der delvis er udviklet i hans laboratorium.

"Jeg tror, ​​at medicinen, mine egne børn vil se i de næste 30 til 40 år, vil være meget anderledes end det, vi praktiserer i dag, sagde Farokhzad, direktøren for Brighams laboratorium for nanomedicin og biomaterialer. "Målrettede behandlinger vil være grundlaget for behandlingen af ​​næsten alle sygdomme."

Nanopartikler er kapsler i molekylær skala, der kan levere små nyttelaster, såsom medicin mod kræft, ind i kroppen. En almindelig metode bruger fedtmolekyler til at skabe partiklerne, som frigiver stofferne indeni, når fedtet nedbrydes. Farokhzad, bygger på arbejde af videnskabsmand Robert Langer ved Massachusetts Institute of Technology, har udviklet nanopartikler med kontrolleret frigivelse fremstillet af polymerer i stedet for fedt. Disse modstår bedre nedbrydning og frigiver derfor medicin over længere perioder.

Hvis sygdommen ikke dræber dig ...

Brug af en nanopartikel med kontrolleret frigivelse i terapi har flere fordele i forhold til konventionel lægemiddellevering, Sagde Farokhzad. Partikler med molekyler, der binder sig til ydersiden af ​​kræftceller, kan målrette mod en tumorcelle og frigive medicin direkte til maligniteten. Ud over, partiklernes forlængede overlevelse i blodbanen forlænger tumorcellernes eksponering for det kræftbekæmpende lægemiddel, levere en større kumulativ dosis til tumoren, selvom toksiciteten sænkes for resten af ​​kroppen.

I traditionel kemoterapi, for eksempel, læger sprænger hele en patients krop med kemikalier i et forsøg på at dræbe tumorceller. Næsten hele stoffet, dog - op mod 99 procent, Farokhzad sagde - savner tumoren helt. I stedet, de meget giftige kemikalier rammer andre organer og væv, tvinger læger til en højtrådshandling, der balancerer tumordrabende effektivitet og toksicitet, som kan føre til en række bivirkninger, og endda dræbe patienten.

Ud over, Farokhzad sagde, den traditionelle kemoinfusion resulterer i en kortvarig puls, hvor tumoren ser det meste af lægemidlet. Koncentrationer falder derefter typisk hurtigt, når kroppen fjerner kemikaliet.

Ved behandling med kontrolleret frigivelse, nanopartikelkoncentrationen er også højest i blodet umiddelbart efter infusion, men fordi stoffet frigives langsommere fra partiklerne, dens topkoncentration - og dens højeste toksicitet - er lavere, sløvede uønskede bivirkninger.

På tumorstedet, det modsatte sker. Nanopartiklernes evne til at låse sig fast på tumorceller leverer mellem fem og 10 gange dosis af traditionel kemoterapi til enhver tid. Og fordi partikler cirkulerer i blodet længere, tumorens eksponering er også længere.

"En tumor ser en væsentligt øget lægemiddelkoncentration sammenlignet med lægemidlet givet i konventionel form, og resten af ​​kroppen ser omtrent det samme niveau af lægemidlet, "Sagde Farokhzad." [Men] det bliver leveret meget mere skånsomt over tid. "

To potentielle terapier baseret på arbejde i Farokhzads laboratorium er i human test. Den første, BIND-014, bruger målrettet nanoterapi til lunge- og prostatatumorer. Lægemiddelkandidaten bestod for nylig fase 1 -forsøg, der er fokuseret på et lægemiddels sikkerhed, og gik ind i fase 2 -forsøg, som måler terapiens effektivitet. Farokhzad sagde, at det molekylære mål på prostatakræftcellen også findes på cellerne i tumorblodkar, giver terapien potentielt bredere kræftbekæmpende applikationer.

Den anden terapi, som er i fase 1 -forsøg, er en nikotin -nanopartikelvaccine, beregnet til at hjælpe rygere med at stoppe og forhindre tilbagefald for dem, der har gjort det. Vaccinen virker ved at sensitivere immunsystemet for nikotin, et lille molekyle, der normalt undslipper immunsystemet på vej til hjernens fornøjelsescentre. Vaccinen gør nikotin synlig for immunsystemet, rydde det fra kroppen og fjernede den behagelige fornemmelse, det forårsager.

Forsøgene køres af to af de tre virksomheder, Farokhzad har stiftet siden 2007. Den første, Bindterapeutik, blev oprettet for at udvikle det tidlige løfte om målrettede nanopartikler til behandling af kræft. Sekundet, Selecta Biosciences, blev ligeledes grundlagt for at forfølge nanopartikelbaseret vaccineudvikling. Det tredje selskab, Blend Therapeutics, er ved at designe lægemiddelmolekyler, der er optimeret fra starten til at arbejde med nanopartikler for at målrette infektionssygdomme, betændelse, smerte, og kræft.

Består "hvem bekymrer sig" -testen

Farokhzad, der modtog sin MD fra Boston University, blev tiltrukket af nanopartikelforskning under sit ophold på BWH. Ud over hans kliniske pligter, han forskede i transkriptionsfaktorer, der regulerer ekspressionen af ​​gener involveret i myeloid differentiering, men han ledte efter et projekt, der havde et potentiale på kort sigt til at forbedre livet for patienter, han så i klinikken hver dag.

"Jeg trådte bare tilbage ... og kiggede på det store billede. Hvis jeg gjorde alt godt og forstod transskriptionel regulering af disse gener, hvis liv ville det ændre? I sidste ende, består den 'hvem bekymrer' testen? "sagde Farokhzad." Jeg ville have ting, der havde en menneskelig anvendelse, en innovation på bænken, der kunne gå til sengen. "

Farokhzad hørte om Langer, der driver det største biomedicinske ingeniørlaboratorium i verden og har udført banebrydende arbejde inden for vævsteknik og lægemiddelleveringssystemer, herunder langvarige nanopartikler. Han kontaktede Langer, der indvilligede i at tage ham til som postdoc.

Farokhzad undersøgte at skabe nanopartikler med nukleinsyrer på deres overflade, der binder til bestemte steder på kræftceller, som en nøgle, der passer til en lås, som han beskrev det. I 2004, han demonstrerede, at teknikken virkede på celler i et laboratoriefad og, et år senere, holdt en tale på en international kræftkonference i Paris, der beskrev forsøg, der viste, at teknikken virkede hos dyr.

"Jeg tænkte, at hvis der var en måde at rumligt kontrollere, hvilke væv der så mere af stoffet, det ville være et paradigmeskifte, "Sagde Farokhzad.

Svaret var øjeblikkeligt. Konferencearrangører valgte hans arbejde til at være blandt de håndfuld fund, de fremmede ud af konferencen, og medieopmærksomheden trak venturekapitalister til at finansiere den næste store opdagelse.

Farokhzad, der havde forladt Langers laboratorium i 2004 for at starte sit eget laboratorium på Brigham, vendte sig til Langer, som han vidste havde startet flere virksomheder. Sammen, de to var med til at stifte Bind Therapeutics.

"Han tog det helt til et stort nyt niveau, "Langer sagde om Farokhzads udvikling af tidligere nanopartikelforskning." Omid brænder for at gøre opdagelser til nye produkter, der kan hjælpe folks liv. "

Farokhzad tog ikke kun fra Langer's laboratorium en interesse i nanopartikler, han antog også Langers opfattelse af, at den private industri er en vigtig partner for at bringe opdagelser til patienten.

"Min filosofi har været:'Hvordan får du disse ting til offentligheden?' Vores laboratorium er en temmelig god størrelse og klarer sig ganske godt i tilskud, men du kan kun gå så langt i det, du forventer, at eleverne gør, "Langer sagde." Disse virksomheder leverer et fantastisk køretøj til at bringe disse ideer fra laboratoriet til klinikken. "

Værktøjer til at levere nødvendige lægemidler

I dag, Farokhzads laboratorium fylder en hel etage plus en del af en anden i Brighams Medical Research Building i Boston's Longwood Medical Area. Dens 30 efterforskere, herunder stipendiater og studerende, undersøge måder at lave nanopartikler med nye egenskaber, der kan gøre dem nyttige i terapi. En af hans mangeårige stipendiater, Jinjun Shi, har modtaget en ansættelse som adjunkt i anæstesi og flytter ovenpå for at åbne sit eget laboratorium.

Nanopartikler, Farokhzad sagde, kan konstrueres til at gøre mere end bare at målrette mod specifikke celler. De kan bruges fleksibelt til at besvare et vilkårligt antal terapeutiske udfordringer, eliminerer behovet for at finde forbindelser, der i sig selv er både effektive terapier og effektive leveringssystemer i kroppen.

Et nyt mål har været at udvikle en nanopartikel uden at bruge organiske opløsningsmidler, fordi opløsningsmidlerne reagerer med nogle typer terapeutiske lægemidler, nedbryde dem, før de kan komme ind i blodbanen. Endnu en indsats, i samarbejde med Langer og Richard Blumberg, professor i medicin ved HMS og Brigham, har været at udvikle en partikel, der kan tages oralt. Processen efterligner den naturlige proces, hvorigennem spædbørn får de antistoffer, der giver dem deres første beskyttelse, når de kommer ind i verden. Babyerne absorberer antistofferne i deres mors modermælk, og antistofferne krydser tarm/blodbarrieren for at give dem immunbeskyttelse. Når nanopartikler er knyttet til antistoffer, de kan køre en tur ind i blodbanen gennem en barriere, de ikke kunne krydse alene.

"Hvis oral levering af biologiske midler er så vanskelig, hvorfor gør babyer det så effektivt? "spurgte Farokhzad.

Denne historie er udgivet med tilladelse fra Harvard Gazette, Harvard Universitets officielle avis. For yderligere universitetsnyheder, besøg Harvard.edu.