Formskiftende konstruerede nanopartikler til levering af kræftmedicin til tumorer

Kemoterapi skal ikke få dit hår til at falde ud - det skal dræbe kræftceller. Et nyt molekylært leveringssystem, der er oprettet ved U of T, kan hjælpe med at sikre, at kemoterapimediciner når deres mål og minimerer sikkerhedsskader.

Mange kræftlægemidler retter sig mod hurtigt voksende celler. Injiceret i en patient, de hvirvler rundt i blodbanen og virker på hurtigt voksende celler, uanset hvor de finder dem. Det omfatter tumorer, men desværre også hårsække, slimhinden i dit fordøjelsessystem, og din hud.

Professor Warren Chan (IBBME, ChemE, MSE) har brugt det sidste årti på at finde ud af, hvordan man kan levere kemoterapilægemidler ind i tumorer - og ingen andre steder. Nu har hans laboratorium designet et sæt nanopartikler fastgjort til DNA -strenge, der kan ændre form for at få adgang til sygt væv.

"Din krop er dybest set en række rum, "siger Chan." Tænk på det som et kæmpe hus med værelser indeni. Vi prøver at finde ud af, hvordan vi får noget, der er udenfor, ind i et bestemt rum. Man skal udvikle et kort og et system, der kan bevæge sig gennem huset, hvor hver sti til det sidste rum kan have forskellige begrænsninger, såsom højde og bredde. "

En ting vi ved om kræft:Ingen to tumorer er identiske. Brystkræft på et tidligt stadium, for eksempel, kan reagere anderledes på en given behandling end kræft i bugspytkirtlen, eller endda brystkræft på et mere avanceret stadium. Hvilke partikler der kan komme ind i hvilke tumorer afhænger af flere faktorer såsom partikelstørrelse, form og overfladekemi.

Chan og hans forskningsgruppe har undersøgt, hvordan disse faktorer dikterer levering af små molekyler og nanoteknologier til tumorer, og har nu designet et målrettet molekylært leveringssystem, der bruger modulære nanopartikler, hvis form, størrelse og kemi kan ændres ved tilstedeværelsen af ​​specifikke DNA -sekvenser.

"Vi laver formændrende nanopartikler, "siger Chan." De er en række byggesten, lidt som et LEGO -sæt. "Komponenterne kan bygges i mange former, med bindingssteder udsat eller skjult. De er designet til at reagere på biologiske molekyler ved at ændre form, som en nøgle, der passer ind i en lås.

Disse formskiftere er lavet af små stykker metal med DNA-tråde fastgjort til dem. Chan forestiller sig, at nanopartiklerne flyder ufarligt rundt i blodstrømmen, indtil en DNA -streng binder til en DNA -sekvens, der vides at være en markør for kræft. Når dette sker, partiklen ændrer form, udfører derefter sin funktion:den kan målrette mod kræftcellerne, udsætte et lægemiddelmolekyle for kræftcellen, mærke kræftcellerne med et signalmolekyle, eller hvilken som helst opgave Chans team har designet nanopartiklen til at udføre.

Deres arbejde blev offentliggjort i denne uge i to centrale undersøgelser i Proceedings of the National Academy of Sciences og det førende tidsskrift Science.

"Vi blev inspireret af proteiners evne til at ændre deres konformation - de finder på en eller anden måde ud af, hvordan de kan afhjælpe alle disse leveringsproblemer inde i kroppen, "siger Chan." Ved hjælp af denne idé, vi troede, 'Kan vi konstruere en nanopartikel til at fungere som et protein, men en der kan programmeres uden for kroppen med medicinske muligheder? '"

Anvendelse af nanoteknologi og materialevidenskab til medicin, og især til målrettet lægemiddellevering, er stadig et relativt nyt koncept, men en Chan ser som fuld af løfte. Det virkelige problem er, hvordan man leverer nok af nanopartikler direkte til kræften til at producere en effektiv behandling.

"Sådan ser vi på disse problemer:Det er som om du skal til Vancouver fra Toronto, men ingen fortæller dig, hvordan du kommer dertil, ingen giver dig et kort, eller en flybillet, eller en bil - det er der, vi er på dette felt, "siger han." Ideen om at målrette medicin mod tumorer er som at finde ud af, hvordan man skal tage til Vancouver. Det er et enkelt koncept, men det er ikke let at komme dertil, hvis der ikke gives tilstrækkelig information. "

"Vi har kun ridset overfladen af, hvordan nanoteknologi 'levering' fungerer i kroppen, så nu fortsætter vi med at undersøge forskellige detaljer om hvorfor og hvordan tumorer og andre organer tillader eller blokerer visse ting for at komme ind, "tilføjer Chan.

Han og hans gruppe planlægger at anvende det leveringssystem, de har designet til personlig nanomedicin - yderligere skræddersy deres partikler til at levere medicin til din præcise type tumor, og ingen andre steder.