Nanobomber kan levere midler, der ændrer genaktivitet i kræftstamceller

Forskere ved Ohio State University Comprehensive Cancer Center-Arthur G. James Cancer Hospital og Richard J. Solove Research Institute (OSUCCC-James) har udviklet nanopartikler, der svulmer og brister, når de udsættes for nær-infrarødt laserlys.

Sådanne 'nanobomber' kan overvinde en biologisk barriere, der har blokeret udviklingen af ​​midler, der virker ved at ændre aktiviteten - ekspressionen - af gener i kræftceller. Midlerne kan dræbe kræftceller direkte eller stoppe deres vækst.

Den slags midler, der ændrer genekspression, er generelt former for RNA (ribonukleinsyre), og de er notorisk svære at bruge som stoffer. Først, de nedbrydes let, når de er fri i blodbanen. I dette studie, at pakke dem i nanopartikler, der er målrettet mod tumorceller, løste det problem.

Dette studie, offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer , tyder på, at nanobomberne måske også løser det andet problem. Når kræftceller optager almindelige nanopartikler, de omslutter dem ofte i små rum kaldet endosomer. Dette forhindrer lægemiddelmolekylerne i at nå deres mål, og de bliver snart forringet.

Sammen med det terapeutiske middel, disse nanopartikler indeholder et kemikalie, der fordamper, får dem til at svulme tre gange eller mere i størrelse, når de udsættes for nær-infrarødt laserlys. Endosomerne brister, at sprede RNA-midlet ind i cellen.

"En stor udfordring ved at bruge nanopartikler til at levere genregulerende midler såsom mikroRNA'er er nanopartiklernes manglende evne til at undslippe rummene, endosomerne, at de er indkapslet, når celler optager partiklerne, " siger hovedefterforsker Xiaoming (Shawn) He, PhD, lektor i biomedicinsk teknik og medlem af OSUCCC—James Translational Therapeutics Program.

"Vi tror på, at vi har overvundet denne udfordring ved at udvikle nanopartikler, der inkluderer ammoniumbicarbonat, et lille molekyle, der fordamper, når nanopartiklerne udsættes for nær-infrarødt laserlys, får nanopartiklerne og endosomet til at briste, frigivelse af det terapeutiske RNA, " Han forklarer. Til deres undersøgelse, Han og hans kolleger brugte humane prostatacancerceller og humane prostatatumorer i en dyremodel. Nanopartiklerne var udstyret til at målrette mod cancerstamlignende celler (CSC'er), som er kræftceller, der har egenskaber af stamceller. CSC'er modstår ofte terapi og menes at spille en vigtig rolle i kræftudvikling og recidiv.

Det terapeutiske middel i nanopartiklerne var en form for mikroRNA kaldet miR-34a. Forskerne valgte dette molekyle, fordi det kan sænke niveauerne af et protein, der er afgørende for CSC-overlevelse og kan være involveret i kemoterapi- og strålebehandlingsresistens.

Nanopartiklerne indkapsler også ammoniumbicarbonat, som er et hævemiddel, der nogle gange bruges i bagning. Nær-infrarødt laserlys, som inducerer fordampning af ammoniumbicarbonatet, kan trænge ind i væv til en dybde på en centimeter (næsten en halv tomme). For dybere tumorer, lyset ville blive leveret ved hjælp af minimalt invasiv kirurgi.

For dybere tumorer, lyset ville blive leveret ved hjælp af minimalt invasiv kirurgi.

Undersøgelsens vigtigste tekniske resultater omfatter:

• Nanopartikler med ammoniumbicarbonat forstørret mere end tre gange, når de aktiveres med nær-infrarød laser (fra ca. 100 nm i diameter ved kropstemperatur til mere end 300 nm ved 43 grader C. (110 grader F). Endosomer måler 150-200 nm i diameter;
• Nanopartiklerne havde stor affinitet for CSC'er og meget lidt for normale humane fedtafledte stamceller;
• miR-34a nanobomberne reducerede tumorvolumen signifikant i en dyremodel, der bar humane prostatatumorer.