Nye kræftjagende nano-robotter til at søge og ødelægge tumorer

Det lyder som en scene fra en science fiction -roman - en hær af bittesmå våbnede robotter, der rejser rundt i en menneskekrop, jage ondartede tumorer og ødelægge dem indefra.

Men forskning i Nature Communications i dag fra University of California Davis Cancer Center viser, at udsigten til, at det er et realistisk scenario, måske ikke er langt væk. Der gøres lovende fremskridt i udviklingen af ​​en multifunktionel antitumor-nanopartikel kaldet "nanoporphyrin", som kan hjælpe med at diagnosticere og behandle kræft.

Kræft er verdens største dræber. I 2012, anslået 14,1 millioner nye kræfttilfælde blev diagnosticeret, og omkring 8,2 millioner mennesker døde af kræft på verdensplan.

Dette år, kræft overgik hjerte-kar-sygdomme og blev den førende dødsårsag i Australien; 40, 000 australiere døde som følge af kræft sidste år. Det er ikke underligt, at forskere udforsker enhver mulig teknologi til effektivt og sikkert at diagnosticere og behandle sygdommen.

Nanoteknologi er en sådan revolutionerende kræftbekæmpende teknologi.

Nanoteknologi:en stor ting

Et nanometer er en meget lille længdeenhed, kun en milliardtedel af en meter. Nanoteknologi ser på at opbygge utroligt lille, strukturer på nanoniveau til forskellige funktioner og applikationer.

En sådan nanopartikelbaseret applikation er udviklingen af ​​præcis kræftdiagnostisk teknologi og sikker, effektiv tumorbehandling. Det eneste problem er, at nanopartikler skal skræddersyes til specifikke job. De kan være tidskrævende og dyre at undersøge og bygge.

Så hvordan virker nanopartikler? De kan fremstilles ved hjælp af uorganiske eller organiske komponenter. Hver har forskellige egenskaber:

• Uorganiske nanopartikler har ofte unikke egenskaber, der gør dem nyttige i applikationer såsom fluorescensprober og magnetiske resonansbilleddannende tumordiagnoser;
• "Bløde" organiske nanopartikler er de bedste bærere af lægemiddellevering til tumorbehandling, på grund af deres biokompatibilitet, evne til at blive kemisk modificeret og deres lægemiddel-loading kapacitet. Et par "bløde" organiske nanomediciner, herunder Genexol-PM (paclitaxel-ladede polymere miceller), Doxil (liposomal doxorubicin) og Abraxane (paclitaxel-ladet humant serumalbumin nanoaggregat) er blevet godkendt eller er i kliniske forsøg til behandling af humane kræftformer.

Den nye organiske nanopartikel – nanoporphyrin – kan alt dette.

Ins og outs af nanoporphyrin

Nanoporphyrin er kun 20-30 nanometer i størrelse. Hvis du vil blive teknisk, det er en selvsamlet micelle bestående af tværbindbare amfifile dendrimermolekyler indeholdende fire porfyriner.

Hvis du ønsker at blive mindre teknisk, det er en løst bundet gruppe af molekyler (eller "micelle") med deres hydrofile ("vandelskende") hoveder pegende udad og deres hydrofobe ("vandhadende") haler pegende indad. Hvert molekyle indeholder organiske forbindelser kaldet porfyriner. Porphyriner kan forekomme naturligt, det mest kendte er hæm, pigmentet i røde blodlegemer.

Nanoporphyrins lille størrelse giver det en iboende fordel, da det kan opsluges af og ophobes i tumorceller, hvor det kan virke på to niveauer:

1. På molekyleniveau, nanoporphyrin kan hjælpe diagnosen ved at øge tumorvævets kontrast ved magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), positronemissionstomografi (PET) og dual modal PET-MRI. (Igen, det er lidt teknisk, men hvis du er interesseret, porphyrin fungerer som en ligand, som chelaterer med billeddannende metalioner såsom gadolinium (III) eller ⁶⁴kobber (II).)
2. på micelleniveau, nanoporphyrin kan fyldes med antitumorlægemidler for at dræbe malignt væv. Når den er aktiveret, for eksempel, det kan generere varme til at "koge" tumorvævet, og frigive dødelige reaktive oxygenarter (ROS) ved tumorsteder.

Bevæbnet og farligt (for tumorer)

Funktionelle nanopartikelprocesser kan ligne dem i en bevæbnet nano-robot. For eksempel, når et tumorgenkendelsesmodul er installeret i en leveringsnano-robot (organisk partikel), de bevæbnede lægemiddelfyldte nano-robotpartikler kan målrette og levere lægemidlet ind i tumorvæv. De dræber kun de celler, samtidig med at det er uskadeligt for omgivende sunde celler og væv.

Hvis et tumorgenkendelsesmodul er installeret i en nano-robot sonde (uorganisk partikel), de bevæbnede nano-robotpartikler kan trænge ind i tumorvæv og aktivere et målbart signal for at hjælpe læger med bedre at diagnosticere tumorer.

Det har været en kæmpe udfordring at integrere disse funktioner på den ene nanopartikel. Det er svært at kombinere billeddannelsesfunktioner og lysabsorberende evne til fototerapi i organiske nanopartikler som lægemiddelbærere. Dette har, indtil nu, hæmmede udviklingen af ​​smarte og alsidige "alt-i-en" organiske nanopartikler til tumordiagnose og behandling.

Produktionen af ​​nanoporphyrin er en effektiv strategi i udviklingen af ​​multifunktionelle, integrerede nanopartikler. Den samme strategi kunne bruges til at guide yderligere alsidige nanopartikelplatforme til at reducere nanomedicinomkostninger, udvikle personlige behandlingsplaner og producere selvvurderende nanomedicin.

Denne historie er udgivet med tilladelse fra The Conversation (under Creative Commons-Attribution/Ingen derivater).