Nanoteknologi identificerer hjernetumortyper gennem virtuel MRI-biopsi i dyreforsøg

Biomedicinske forskere ved Cedars-Sinai har opfundet et lille lægemiddel-leveringssystem, der kan identificere kræftcelletyper i hjernen gennem "virtuelle biopsier" og derefter angribe sygdommens molekylære struktur.

Hvis laboratorieforskning med mus bekræftes i menneskelige undersøgelser, resultaterne kunne bruges til at levere lægemidler i nanoskala, der kan skelne og bekæmpe tumorceller i hjernen uden at ty til operation.

"Dette nanolægemiddel kan konstrueres til at bære en række forskellige lægemidler, proteiner og genetiske materialer til at angribe tumorer på flere fronter inde fra hjernen, siger Julia Ljubimova, MD, PhD, professor i neurokirurgi og biomedicinske videnskaber ved Cedars-Sinai og hovedforfatter til en artikel offentliggjort online i American Chemical Societys tidsskrift ACS Nano .

Ljubimova, direktør for Nanomedicine Research Center i Institut for Neurokirurgi og direktør for Nanomedicine Program ved Samuel Oschin Comprehensive Cancer Institute, har modtaget et tilskud på 2,5 millioner dollars fra National Institutes of Health til at fortsætte forskningen.

Lægemiddelleveringssystemet og dets komponenter, sammen kaldet et nanobiokonjugat eller nanodrug, er i en ny klasse af molekylære lægemidler designet til at bremse eller stoppe kræftsygdomme ved at blokere dem på flere måder i hjernen. Lægemidlet er omkring 20 til 30 nanometer i størrelse, – en brøkdel af bredden af ​​et menneskehår, hvilket er 80, 000 til 100, 000 nanometer bred.

Cedars-Sinai-videnskabsmænd begyndte at udvikle "platformen" for lægemiddelleveringssystemet for omkring et årti siden. Nanolægemidlet kan have en række kemiske og biologiske "moduler" tilknyttet.

Hver komponent tjener en specialiseret funktion, såsom at opsøge kræftceller og binde sig til dem, gennemtrænge væggene i blodkar og tumorceller, eller demontering af molekylære mekanismer, der fremmer tumorvækst, siger Eggehard Holler, PhD, professor i neurokirurgi og direktør for nanolægemiddelsyntese ved Cedars-Sinai.

Det nye leveringssystem spiller to roller:diagnosticering af hjernetumorer ved at identificere celler, der har spredt sig til hjernen fra andre organer, og derefter bekæmpe kræften med præcise, individualiseret tumorbehandling.

Forskere kan bestemme tumortype ved at vedhæfte et sporstof, der er synligt på en MR. Hvis sporstoffet akkumuleres i tumoren, det vil være synligt på MR. Med kræftens molekylære makeup identificeret gennem denne virtuelle biopsi, Forskere kan belaste "leveringssystemet" med kræftmålrettede komponenter, der specifikt angriber den molekylære struktur.

For at vise, at de virtuelle biopsier kan skelne en kræftcelletype fra en anden, forskerne udtænkte, hvad der menes at være en unik metode, implantering af forskellige former for bryst- og lungekræft i laboratoriemus for at repræsentere metastatisk sygdom – med én type kræft implanteret på hver side af hjernen. Lunge- og brystkræft er dem, der oftest spreder sig til hjernen.

Forskerne brugte nanoleveringssystemet til at identificere og angribe kræftformene. I hvert tilfælde dyr, der modtog behandling, levede betydeligt længere end dem i kontrolgrupperne.

"Flere lægemidler er ret effektive til behandling af forskellige typer brystkræft, lungekræft, lymfom og andre kræftformer på deres oprindelige steder, men de er ineffektive mod kræftformer, der spreder sig til hjernen, fordi de ikke kan krydse blod-hjerne-barrieren, der beskytter hjernen mod toksiner i blodet, " siger Keith Black, MD, formand for neurokirurgisk afdeling, direktør for Maxine Dunitz Neurokirurgisk Institut, direktør for Johnnie L. Cochran, Jr., Brain Tumor Center og Ruth og Lawrence Harvey-stolen i neurovidenskab.

"Nanodruget er konstrueret til at krydse denne barriere med dets nyttelast intakt, så lægemidler, der er effektive uden for hjernen, kan også være effektive indeni, ” tilføjede Black.