Klædt på til at dræbe:Skræddersy et jakkesæt til tumorgennemtrængende kræftmedicin

I mere end et årti, biomedicinske forskere har ledt efter bedre måder at levere kræftdræbende medicin direkte til tumorer i kroppen. Små kapsler, kaldet nanopartikler, bliver nu brugt til at transportere kemoterapimedicin gennem blodbanen, til døren til kræftsvulster. Men at finde ud af den bedste måde for partiklerne at komme forbi tumorens "fløjlsreb" og komme ind i tumoren, er en udfordring, forskerne stadig arbejder på. Drexel University-forskere mener, at tricket til at få adgang til de skadelige cellulære masser er at give nanopartiklerne et nyt udseende - og at dressing for at imponere vil være i stand til at få dem forbi tumorens biologiske bouncers.

Målrettet kræftbehandling er mest effektiv, når medicinen frigives så tæt som muligt på det indre af en tumor, at øge sine chancer for at trænge ind og dræbe kræftceller. Den udfordring, som kræftforskere har stået over for i årevis, er at lave et leveringsmiddel, der er robust nok til sikkert at få medicinen gennem blodbanen til tumorer - hvilket ikke er nogen glat kørsel - men som også er smidig nok til at presse sig gennem tumorens tætte ekstracellulære rum - en matrix fyldt med sukkerarter kaldet hyaluronsyre.

I forskning for nylig offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver , hovedforfatter Hao Cheng, PhD, en adjunkt med en udnævnelse i Drexel's College of Engineering, og tilknytning til School of Biomedical Engineering, Videnskab og sundhedssystemer; rapporterer, at måden at komme forbi tumorens hoveddør har alt at gøre med, hvordan den lille partikel er egnet til rejsen.

"Det, vi har rapporteret her, er en strategi til at overvinde biologiske barrierer, der plager levering af medicin, såsom non-vehicle clearance i blodbanen af ​​værtens immunsystem, og ineffektiv diffusion i den ekstracellulære matrix af tumorceller, " sagde Cheng. "Det er en unik strategi, der involverer dekoration af nanovehicles med enzymer, der vides at nedbryde hyaluronsyre, som er en hovedbarriere i det ekstracellulære rum, og tilføjelse af et ekstra lag polyethylenglycol for delvist at dække enzymerne."

I papiret med titlen "Hyaluronidase Embedded in Nanocarrier PEG Shell for Enhanced Tumor Penetration and Highly Efficient Antitumor Efficacy, " gruppen rapporterer, at deres metode er fire gange mere effektiv til at sende nanopartikler ind i en solid tumor end en af ​​de bedste strategier, der er i brug i øjeblikket. Når kræftmedicin er fyldt i den lille partikel, det har vist sig at hæmme væksten af ​​en type aggressiv brystkræft.

Holdet, som også omfattede forskerne Wilbur Bowne, MD, en lektor i Drexel's College of Medicine; Dimitrios Arhontoulis, en bachelor i Drexel's School of Biomedical Engineering, Videnskab og sundhedssystemer; hovedforfatter Hao Zhou og Zhiyuan Fan, ph.d.-kandidater, Junjie Deng, PhD, postdoktorale forskere, og Pelin citroner, en kandidatstuderende, alt i Materials Science and Engineering Department i College of Engineering, skabt sin nanopartikeldragt ved at starte med en, der er almindelig inden for dette område af kræftforskning og foretage nogle vigtige ændringer.

"I det generelle design af nanopartikler, bioaktive molekyler - ikke begrænset til enzymer - blev fæstnet på det yderste lag af partikler, "Cheng sagde. "Disse enzymer kan nedbryde den ekstracellulære matrix og forbedre nanopartiklernes evne til at penetrere solide tumorer."

Men i kroppen, denne ekstra last kan give problemer. Et problem er, at binding af enzymer til nanopartikler kan få dem til at komme op af tumoren og blive renset af blodbanen, før de afleverer medicinen. Der er også en chance for, at turen gennem blodbanen kan gøre enzymerne inerte.

For at imødegå disse problemer og holde nanopartiklerne på kurs, holdet besluttede at tilføje et ekstra lag, der ikke kun beskytter den dyrebare nyttelast, men placerer også enzymerne for maksimal effekt.

"Det nye ved vores design er, at vi delvist indlejrede hyaluronidase-enzymer i et andet polyethylenglycollag for at danne den ydre skal af nanopartiklerne, "Cheng sagde. "Dette design reducerer dramatisk enzymernes effekt på at bremse partiklens cirkulation og tillader enzymer at opretholde deres funktion, efter at partiklen diffunderer ind i tumoren."

Indlejring af enzymerne i lagene af polyethylenglycol (PEG) sikrer, at nanopartiklernes udseende narrer immunsystemet til at lade det være alene under dets tur til tumoren, alligevel og tillader stadig partiklen at håndtere enhver hyaluronsyre, den støder på ved sin penetration af tumoren. Andre forskere har testet en teori, der udsætter tumorer for enzymerne først, og derefter til nanopartikler, men dette er ikke nær så effektivt som Chengs metode, fordi nanopartiklerne udviklet på Drexel bevarer enzymerne under varigheden af ​​deres diffusion til tumorer, minimerer unødvendig hyaluronsyrenedbrydning.

"Nedbrydningen af ​​hyaluronsyre fjerner barrieren for, at nanopartikler kan diffundere og giver dem adgang til flere kræftceller, " sagde Cheng. "Den forbedrede diffusion øger også akkumuleringen af ​​nanopartikler i tumorer, og jo flere nanopartikler, der kommer ind i tumorer, jo mere effektive er de til at reducere dens størrelse."

Som en del af forskningen holdet testede deres nanopartikel mod konkurrenter, der ikke havde et andet lag af polyethylenglycol, og dem, der ikke havde de ECM-nedbrydende enzymer. Det var ingen overraskelse, at deres nanopartikel klarede sig bedre i både penetrerende tumorer og akkumulering i kræftcellerne.

"Dette spændende, nyt nanopartikel-lægemiddelleveringssystem vil forbedre leveringen af ​​anti-cancermidler, forbedring af anti-cancer aktivitet for at forbedre patientresultater, " sagde Bowne. Han forudser et enormt potentiale for denne strategi i neoadjuverende og adjuverende omgivelser for en række vanskelige at behandle kræftformer, såsom lokalt fremskreden bryst, bugspytkirtel- og mucin-producerende mave-tarmkræft.