Behandling af trojanske heste guld nanopartikler kunne slå hjernetumorer

En "trojansk hest" behandling for en aggressiv form for hjernekræft, som involverer at bruge bittesmå nanopartikler af guld til at dræbe tumorceller, er blevet testet med succes af forskere.

Den banebrydende teknik kunne i sidste ende bruges til at behandle glioblastoma multiforme, som er den mest almindelige og aggressive hjernetumor hos voksne, og notorisk svære at behandle. Mange syge dør inden for få måneder efter diagnosen, og kun seks ud af 100 patienter med tilstanden er i live efter fem år.

Forskningen involverede konstruktion af nanostrukturer indeholdende både guld og cisplatin, et konventionelt kemoterapipræparat. Disse blev frigivet til tumorceller, der var blevet taget fra glioblastompatienter og dyrket i laboratoriet.

En gang indenfor, disse "nanosfærer" blev udsat for strålebehandling. Dette fik guldet til at frigive elektroner, som beskadigede kræftcellens DNA og dens overordnede struktur, hvorved virkningen af ​​kemoterapien øges.

Processen var så effektiv, at 20 dage senere, cellekulturen viste ingen tegn på genoplivning, tyder på, at tumorcellerne var blevet ødelagt.

Mens der skal arbejdes yderligere, før den samme teknologi kan bruges til at behandle mennesker med glioblastom, resultaterne udgør et meget lovende grundlag for fremtidige behandlinger. Vigtigt, forskningen blev udført på cellelinjer afledt direkte fra glioblastompatienter, gør det muligt for teamet at teste tilgangen til udvikling, lægemiddelresistente tumorer.

Undersøgelsen blev ledet af Mark Welland, Professor i nanoteknologi og stipendiat ved St John's College, University of Cambridge, og Dr. Colin Watts, en kliniker videnskabsmand og honorær konsulent neurokirurg ved Institut for Klinisk Neurovidenskab. Deres arbejde er rapporteret i Royal Society of Chemistry journal, Nanoskala .

"Den kombinerede terapi, som vi har udtænkt, ser ud til at være utrolig effektiv i den levende cellekultur, " sagde professor Welland. "Dette er ikke en kur, men det viser, hvad nanoteknologi kan opnå i bekæmpelsen af ​​disse aggressive kræftformer. Ved at kombinere denne strategi med kræftcellemålrettede materialer, vi burde være i stand til at udvikle en behandling for glioblastom og andre udfordrende kræftformer i fremtiden."

Til dato, glioblastoma multiforme (GBM) har vist sig meget resistent over for behandlinger. En grund til dette er, at tumorcellerne invaderer omkring, sundt hjernevæv, hvilket gør kirurgisk fjernelse af tumoren praktisk talt umulig.

Bruges alene, kemoterapi kan forårsage et fald i hastigheden, hvormed tumoren spredes. I mange tilfælde, imidlertid, dette er midlertidigt, da cellepopulationen så kommer sig.

"Vi skal være i stand til at ramme kræftcellerne direkte med mere end én behandling på samme tid," sagde Dr. Watts. "Dette er vigtigt, fordi nogle kræftceller er mere modstandsdygtige over for én type behandling end en anden. Nanoteknologi giver mulighed for at give kræftcellerne denne 'dobbelte puf' og åbne op for nye behandlingsmuligheder i fremtiden."

I et forsøg på at slå tumorer mere omfattende, forskere har i nogen tid forsket i måder, hvorpå guldnanopartikler kan bruges i behandlinger. Guld er et godartet materiale, som i sig selv ikke udgør nogen trussel for patienten, og størrelsen og formen af ​​partiklerne kan styres meget nøjagtigt.

Når de udsættes for strålebehandling, partiklerne udsender en type lavenergielektron, kendt som Auger elektroner, i stand til at beskadige den syge celles DNA og andre intracellulære molekyler. Denne lave energiudledning betyder, at de kun har en indvirkning på kort afstand, så de forårsager ikke nogen alvorlig skade på raske celler, der er i nærheden.

I den nye undersøgelse, forskerne pakkede først guld-nanopartikler ind i en positivt ladet polymer, polyethylenimin. Dette interagerede med proteiner på celleoverfladen kaldet proteoglykaner, hvilket førte til, at nanopartiklerne blev indtaget af cellen.

Når først der, det var muligt at ophidse det ved hjælp af standard strålebehandling, som mange GBM-patienter gennemgår som en selvfølge. Dette frigav elektronerne til at angribe cellens DNA.

Mens guld nanosfærer, uden noget medfølgende lægemiddel, viste sig at forårsage betydelig celleskade, Behandlingsresistente cellepopulationer kom sig til sidst flere dage efter strålebehandlingen. Som resultat, forskerne konstruerede derefter en anden nanostruktur, som var fyldt med cisplatin.

Den kemoterapeutiske effekt af cisplatin kombineret med den radiosensibiliserende virkning af guldnanopartikler resulterede i øget synergi, hvilket muliggjorde en mere effektiv cellulær skade. Efterfølgende test viste, at behandlingen havde reduceret den synlige cellepopulation med en faktor på 100 tusind, sammenlignet med en ubehandlet cellekultur, inden for blot 20 dage. Der blev ikke fundet nogen befolkningsfornyelse.

Forskerne mener, at lignende modeller i sidste ende kan bruges til at behandle andre typer af udfordrende kræftformer. Først, imidlertid, selve metoden skal gøres til en anvendelig behandling for GBM-patienter. denne proces, som vil være fokus for meget af gruppens kommende forskning, vil nødvendigvis indebære omfattende forsøg. Der skal arbejdes videre, også, ved at bestemme, hvordan man bedst kan levere behandlingen og på andre områder, såsom at ændre størrelsen og overfladekemien af ​​nanomedicinen, så kroppen kan rumme den sikkert.

Sonali Setua, en ph.d.-studerende, der arbejdede på projektet, sagde:"Det var enormt tilfredsstillende at jagte et så udfordrende mål og at være i stand til at målrette og ødelægge disse aggressive kræftceller. Dette fund har et enormt potentiale til at blive testet i et klinisk forsøg i den nærmeste fremtid og udviklet til en ny behandling, der skal overvindes terapeutisk resistens af glioblastom."

Welland tilføjede, at betydningen af ​​gruppens resultater til dato delvist skyldtes det direkte samarbejde mellem nanovidenskabsmænd og klinikere. "Det gjorde en kæmpe forskel, da vi ved at arbejde med kirurger var i stand til at sikre, at nanovidenskaben var klinisk relevant, " sagde han. "Det optimerer vores chancer for at tage dette ud over laboratoriestadiet, og faktisk have en klinisk effekt."