Et (virkelig lille) skridt nærmere levering af kræftlægemidler i nanostørrelse

Når du tager et stof, den bevæger sig gennem din blodbanen, opløsning og spredning, og til sidst når dets udpegede målområde.

Men fordi blodet, der indeholder lægemidlet, bevæger sig hele vejen rundt om din krop, når kun en lille procentdel af den indledende dosis faktisk det ønskede sted.

For håndkøbsmedicin som paracetamol eller ibuprofen, med meget få bivirkninger, det betyder ikke så meget.

Men når det kommer til kræftmedicin, som kan påvirke raske celler lige så meget som kræftceller, denne proces kan forårsage store problemer.

Dels fordi stoffer er fortyndet i deres blod, kræftpatienter skal tage disse lægemidler i særligt høje doser – og det kan give alvorlige ubehagelige bivirkninger.

Men professor Sonia Trigueros, meddirektør for Oxford Martin-programmet om nanoteknologi, er på vej tættere på at udvikle et lægemiddelleveringssystem i nanoskala med det formål at målrette specifikt mod kræftceller.

Arbejde med et team af kemikere, ingeniører og fysikere, Trigueros har påbegyndt en ambitiøs mission for at tackle kræft på 'nano'-niveau - mindre end 100 nanometer bredt. For kontekst, dette er super-lille:et nanometer er en tusindedel af en tusindedel af en millimeter.

Der er stadig lang vej igen, men Trigueros gør pænt fremskridt, og har for nylig tacklet et stort problem med at arbejde på nanoniveau. Og på dette års Wired Health-konference – som så på fremtidens sundhedsvæsen, trivsel og genomik - hun fortalte os om hendes seneste fremgang, og hendes visioner for fremtiden.

På nano-niveau

Nogle af os vil huske det periodiske system, der blev vist i vores videnskabslokaler, som fortalte os om egenskaberne ved hvert element. Men at arbejde på nano-niveau ændrer sig alt, og elementer opfører sig helt anderledes.

Grundstoffer har andre egenskaber på nanoniveau, end de har på mikroniveau, forklarede Prof Trigueros til Wired Health 2015-publikummet.

Dette udgør store problemer for forskere, der forsøger at lave nanoskala-enheder, som kan laves af en række forskellige materialer, inklusive guld, sølv og kulstof. Alle disse materialer er meget ustabile på nano -niveau.

"Efter du har lavet nanostrukturerne har du kun minutter til et par dage til at arbejde, " sagde hun. De er virkelig ustabile, især når du putter dem i vand."

Dette er ikke ideelt, i betragtning af, at vores kroppe hovedsageligt består af vand.

Trigueros' seneste arbejde har fokuseret på at forsøge at stabilisere små rør lavet af kulstof, kaldet kulstof nanorør, som holder medicin inde i røret, så de kan afleveres i kræftceller.

Hun har nu fundet en måde at holde dem stabile i mere end to år og i temperaturer op til 42ºC.

At gøre dette, hun vikler DNA omkring strukturerne, som en tortilla vikler sig rundt om fyld i en burrito.

Selvom dette opnår målet om at holde nanostrukturerne stabile inde i kroppen, hjælper det ikke meget, hvis DNA'et ikke kan pakkes ud for at levere stofferne. Men, ifølge Trigueros, det har hun vist, en gang inde i en celle, DNA'et afvikles let og frigiver sin nyttelast.

Virkelig målrettet medicinlevering

Så hvordan fungerer det hele? Hvordan kommer stofferne ind i kræftcellerne? Trigueros' nanorør udnytter forskellene mellem kræftceller og raske celler – i dette tilfælde, forskelle i membranerne, der holder dem sammen.

"Kræftceller er mere permeable end normale celler, så nanorørene kan komme igennem cellemembranen. Og når de først er i, de pakker ud og leverer medicin, "forklarede Trigueros.

At udnytte forskelle i deres permeabilitet er en måde at målrette mod kræftcellerne, men Trigueros forklarer, at der er mere end én måde at skabe et virkelig målrettet lægemiddelleveringssystem.

"Vi kan vedhæfte, hvad vi vil på DNA, " sagde hun. "Så du kan vedhæfte et protein, der genkender kræftceller".

Fra teori til virkelighed

Selvom alt dette lyder godt i teorien, vil det faktisk virke i virkeligheden?

Trigueros har nu startet foreløbige test på laboratoriedyrkede lungekræftceller, fortalte hun under et interview. Og dette har vist foreløbigt løfte, hun siger, citerer upublicerede data om deres effektivitet til at dræbe disse celler i laboratoriet.

Andre er forsigtigt optimistiske. "This is a really exciting prospect, " says Professor Duncan Graham, nanotechnology expert and advisor to Cancer Research UK.

"A common concern with carbon nanotubes is toxicity, but when coated with DNA this concern could be removed, " he explains, "and it also addresses a fundamental issue, which is that they collect into clusters that become a solid mass and so are unable to leave the body."

I teorien, once Trigueros's nanotubes have finished their job they are tiny enough (50 nanometres) to be excreted through urine.

This isn't the first time carbon nanotubes have been used in cancer research:a US research team has used them, for eksempel, to target and collect images of tumours in mice. But the combination of drug delivery and cancer-specific targeting is what interests Professor Graham.

"Unlike previous work using carbon nanotubes, this approach is set to target the tumour specifically, potentially meaning fewer side effects and a lower dosage. I look forward to seeing this in animal models which is where the real proof of activity lies, " han sagde.

But he's cautious, stressing that Trigueros's work has not yet been peer-reviewed and published.

Next steps

Next Trigueros is aiming towards starting animal trials and, til sidst, she wants to begin clinical trials in patients – that is if everything goes well.

She hopes to focus on how nanostructures could be used to cross the blood-brain barrier – the brain's highly selective 'bouncer' that only lets certain molecules across. This has been notoriously difficult to get past, making targeting cancers in the brain more difficult.

But there is a still a long way to go and a lot of problems to tackle. In the shorter term, we'll be keeping an eager eye on her drug delivery research, as her ideas continue to develop.