Kemikere designer nanopartikler, der kan levere tre kræftlægemidler ad gangen

Levering af kemoterapi-lægemidler i nanopartikelform kan hjælpe med at reducere bivirkninger ved at målrette lægemidlerne direkte til tumorerne. I de seneste år, Forskere har udviklet nanopartikler, der afgiver en eller to kemoterapi-lægemidler, men det har været svært at designe partikler, der kan bære mere end det i et præcist forhold.

Nu har MIT-kemikere udtænkt en ny måde at bygge sådanne nanopartikler på, gør det meget lettere at inkludere tre eller flere forskellige lægemidler. I et papir udgivet i Journal of the American Chemical Society , forskerne viste, at de kunne fylde deres partikler med tre lægemidler, der almindeligvis bruges til behandling af kræft i æggestokkene.

"Vi tror, ​​det er det første eksempel på en nanopartikel, der bærer et præcist forhold på tre lægemidler og kan frigive disse lægemidler som reaktion på tre forskellige udløsende mekanismer, "siger Jeremiah Johnson, en adjunkt i kemi ved MIT og seniorforfatteren af ​​det nye papir.

Sådanne partikler kunne designes til at bære endnu mere medicin, tillader forskere at udvikle nye behandlingsregimer, der bedre kan dræbe kræftceller og samtidig undgå bivirkninger af traditionel kemoterapi. I JACS papir, Johnson og kolleger demonstrerede, at de tredobbelte trussel-nanopartikler kunne dræbe kræftceller i æggestokkene mere effektivt end partikler, der kun bærer et eller to lægemidler, og de er begyndt at teste partiklerne mod tumorer hos dyr.

Longyan Liao, en postdoc i Johnsons laboratorium, er avisens hovedforfatter.

At sætte brikkerne sammen

Johnsons nye tilgang overvinder de iboende begrænsninger ved de to metoder, der oftest bruges til at producere nanopartikler, der leverer lægemidler:indkapsling af små lægemiddelmolekyler inde i partiklerne eller kemisk binding af dem til partiklen. Med begge disse teknikker, de reaktioner, der kræves for at samle partiklerne, bliver stadig sværere for hvert nyt lægemiddel, der tilsættes.

At kombinere disse to fremgangsmåder - indkapsling af et lægemiddel inde i en partikel og fastgørelse af et andet til overfladen - har haft en vis succes, men er stadig begrænset til to lægemidler.

Johnson satte sig for at skabe en ny type partikel, der ville overvinde disse begrænsninger, muliggør indlæsning af et vilkårligt antal forskellige lægemidler. I stedet for at bygge partiklen og derefter vedhæfte lægemiddelmolekyler, han skabte byggesten, der allerede indeholder stoffet. Disse byggesten kan sættes sammen i en meget specifik struktur, og forskerne kan præcist kontrollere, hvor meget af hvert lægemiddel der indgår.

Hver byggesten består af tre komponenter:lægemiddelmolekylet, en forbindelsesenhed, der kan forbinde til andre blokke, og en kæde af polyethylenglycol (PEG), som hjælper med at beskytte partiklen mod at blive nedbrudt i kroppen. Hundredvis af disse blokke kan forbindes ved hjælp af en fremgangsmåde, Johnson udviklede, kaldet "børste første polymerisation."

"Dette er en ny måde at bygge partiklerne fra begyndelsen, "Siger Johnson." Hvis jeg vil have en partikel med fem stoffer, Jeg tager bare de fem byggeklodser, jeg vil have, og får dem samlet til en partikel. I princippet, der er ingen begrænsning på hvor mange stoffer du kan tilføje, og forholdet mellem lægemidler, der bæres af partiklerne, afhænger bare af, hvordan de blandes sammen i begyndelsen. "

Varierende kombinationer

For dette papir, forskerne skabte partikler, der bærer stofferne cisplatin, doxorubicin, og camptothecin, som ofte bruges alene eller i kombination til behandling af kræft i æggestokkene.

Hver partikel bærer de tre lægemidler i et specifikt forhold, der matcher den maksimalt tolererede dosis af hvert lægemiddel, og hvert lægemiddel har sin egen frigivelsesmekanisme. Cisplatin frigives, så snart partiklen kommer ind i en celle, da bindingerne, der holder den til partiklen, nedbrydes ved udsættelse for glutathion, en antioxidant til stede i celler. Camptothecin frigives også hurtigt, når det støder på cellulære enzymer kaldet esteraser.

Det tredje stof, doxorubicin, var designet, så det kun ville frigives, når ultraviolet lys skinner på partiklen. Når alle tre lægemidler er frigivet, alt der er tilbage er PEG, som er let biologisk nedbrydeligt.

Denne tilgang "repræsenterer et smart nyt gennembrud inden for frigivelse af flere lægemidler gennem samtidig inklusion af forskellige lægemidler, gennem forskellige kemikalier, inden for den samme … platform, "siger Todd Emrick, en professor i polymervidenskab og teknik ved University of Massachusetts i Amherst, der ikke var involveret i undersøgelsen.

Arbejder med forskere i Paula Hammonds laboratorium, David H. Koch professor i ingeniørvidenskab og medlem af MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research, teamet testede partiklerne mod kræftceller i æggestokkene, der blev dyrket i laboratoriet. Partikler, der bærer alle tre lægemidler, dræbte kræftcellerne med en højere hastighed end dem, der kun leverede et eller to lægemidler.

Johnsons laboratorium arbejder nu på partikler, der bærer fire lægemidler, og forskerne planlægger også at mærke partiklerne med molekyler, der gør det muligt for dem at hjem til tumorceller ved at interagere med proteiner, der findes på celleoverfladerne.

Johnson forestiller sig også, at evnen til pålideligt at producere store mængder multilægemiddel-bærende nanopartikler vil muliggøre storskalatest af mulige nye kræftbehandlinger. "Det er vigtigt at være i stand til hurtigt og effektivt at lave partikler med forskellige forhold mellem flere lægemidler, så du kan teste dem for deres aktivitet, " siger han. "Vi kan ikke bare lave én partikel, vi skal være i stand til at lave forskellige forhold, hvilket vores metode nemt kan."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.