Introduktion til multi-tasking nanopartiklen

Kit Lam og kolleger fra UC Davis og andre institutioner har skabt dynamiske nanopartikler (NP'er), der kunne give et arsenal af applikationer til diagnosticering og behandling af kræft. Bygget på en let at lave polymer, disse partikler kan bruges som kontrastmidler til at oplyse tumorer til MR- og PET -scanninger eller levere kemo- og andre behandlinger for at ødelægge tumorer. Ud over, partiklerne er biokompatible og har ikke vist toksicitet. Undersøgelsen blev offentliggjort online i dag i Naturkommunikation .

"Det er utroligt nyttige partikler, "bemærkede den første forfatter Yuanpei Li, et forskningsfakultetsmedlem i Lam -laboratoriet. "Som kontrastmiddel, de gør tumorer lettere at se på MR og andre scanninger. Vi kan også bruge dem som køretøjer til at levere kemoterapi direkte til tumorer; anvende lys for at få nanopartiklerne til at frigive ilt (fotodynamisk terapi) eller bruge en laser til at opvarme dem (fototermisk terapi) - alle dokumenterede måder at ødelægge tumorer på. "

Jessica Tucker, programdirektør for Drug and Gene Delivery and Devices på National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, som er en del af National Institutes of Health, sagde den fremgangsmåde, der er beskrevet i undersøgelsen, har evnen til at kombinere både billeddannelse og terapeutiske applikationer i en enkelt platform, som har været svær at opnå, især i en økologisk, og derfor biokompatibel, køretøj.

"Dette er især værdifuldt i kræftbehandling, hvor målrettet behandling af tumorceller og reduktion af dødelige virkninger i normale celler, er så kritisk, "tilføjede hun.

Selvom det ikke var de første nanopartikler, disse kan være de mest alsidige. Andre partikler er gode til nogle opgaver, men ikke andre. Ikke-organiske partikler, såsom kvanteprikker eller guldbaserede materialer, fungerer godt som diagnostiske værktøjer, men har sikkerhedsproblemer. Organiske sonder er biokompatible og kan levere medicin, men mangler billeddannelse eller fototerapiprogrammer.

Bygget på en porphyrin/cholsyrepolymer, nanopartiklerne er enkle at lave og udfører godt i kroppen. Porfyriner er almindelige organiske forbindelser. Cholsyre produceres af leveren. De grundlæggende nanopartikler er 21 nanometer brede (et nanometer er en milliarddel af en meter).

For yderligere at stabilisere partiklerne, forskerne tilføjede aminosyren cystein (skaber CNP'er), hvilket forhindrer dem i for tidligt at frigive deres terapeutiske nyttelast, når de udsættes for blodproteiner og andre barrierer. Ved 32 nanometer, CNP'er har en ideel størrelse til at trænge ind i tumorer, akkumuleres blandt kræftceller, mens man skåner sundt væv.

I undersøgelsen, holdet testede nanopartikler, både in vitro og in vivo, til en lang række opgaver. På den terapeutiske side, CNP'er transporterede effektivt kræftbekæmpende medicin, såsom doxorubicin. Selv når det holdes i blod i mange timer, CNP'er frigav kun små mængder af stoffet; imidlertid, når det udsættes for lys eller midler som f.eks. glutathion, de frigav let deres nyttelast. Evnen til præcist at kontrollere kemoterapifrigivelse inde i tumorer kan reducere toksiciteten i høj grad. CNP'er, der bærer doxorubicin, leverede fremragende kræftbekæmpelse hos dyr, med minimale bivirkninger.

CNP'er kan også konfigureres til at reagere på lys, producerer singlet ilt, reaktive molekyler, der ødelægger tumorceller. De kan også generere varme, når de rammes med laserlys. Væsentligt, CNP'er kan udføre begge opgaver, når de udsættes for en enkelt bølgelængde af lys.

CNP'er tilbyder en række fordele for at forbedre billeddannelse. De kelaterer let billeddannelsesmidler og kan forblive i kroppen i lange perioder. I dyreforsøg, CNP'er samlede sig i tumorer, gør dem lettere at læse på en MR. Fordi CNP akkumuleres i tumorer, og ikke så meget i normalt væv, de forbedrede tumorkontrast dramatisk til MR og kan også være lovende for PET-MRI-scanninger.

Denne alsidighed giver flere muligheder for læger, som de blander og matcher applikationer.

"Disse partikler kan kombinere billeddannelse og terapi, "sagde Li." Vi kunne potentielt bruge dem til samtidig at levere behandling og overvåge behandlingseffektivitet. "

"Disse partikler kan også bruges som optiske sonder til billedstyret kirurgi, "sagde Lam." Desuden de kan bruges som yderst potente fotosensibiliserende midler til intraoperativ fototerapi. "

Selvom tidlige resultater er lovende, der er stadig et stykke vej, før CNP'er kan komme ind på klinikken. Lam -laboratoriet og dets samarbejdspartnere vil fortsætte prækliniske undersøgelser og, hvis alt går godt, gå videre til menneskelige forsøg. I mellemtiden, holdet er begejstret for disse muligheder.

"Dette er den første nanopartikel, der udfører så mange forskellige opgaver, "sagde Li." Fra at levere kemo, fotodynamiske og fototermiske behandlinger til forbedring af diagnostisk billeddannelse, det er den komplette pakke. "