Lægemiddelpartikler kan ledes til et specifikt område ved hjælp af ultralyd

Forskere ved Nanyang Technological University (NTU Singapore) har opfundet en ny måde at levere kræftmedicin dybt ned i tumorceller.

NTU-forskerne skaber mikrobobler i mikrostørrelse belagt med kræftmedicinpartikler og jernoxid-nanopartikler, og brug derefter magneter til at dirigere disse bobler til at samle sig omkring en specifik tumor.

Ultralyd bruges derefter til at vibrere mikroboblerne, giver energi til at lede lægemiddelpartiklerne ind i et målområde.

Denne innovative teknik blev udviklet af et tværfagligt team af forskere, ledet af Asst Prof Xu Chenjie fra School of Chemical and Biomedical Engineering og Assoc Prof Claus-Dieter Ohl fra School of Physical and Mathematical Sciences.

NTUs mikrobobler blev testet med succes i mus, og undersøgelsen er blevet offentliggjort af Nature Publishing Group i Asia Materials , det øverste tidsskrift for materialevidenskab i Asien-Stillehavsområdet.

At overvinde begrænsninger ved kemoterapi

Assst Prof Xu, som også er forsker ved NTU-Northwestern Institute for Nanomedicine, sagde, at deres nye metode kan løse nogle af de mest presserende problemer i kemoterapi, der bruges til behandling af kræft.

Hovedproblemet er, at de nuværende kemoterapilægemidler stort set ikke er målrettede. Lægemiddelpartiklerne strømmer i blodbanen, skader både raske og kræftceller. Typisk, disse lægemidler skylles hurtigt væk i organer såsom lunger og lever, begrænser deres effektivitet.

De resterende lægemidler er heller ikke i stand til at trænge dybt ind i tumorens kerne, efterlader nogle kræftceller i live, hvilket kan føre til en genopblussen i tumorvækst.

"Den første unikke egenskab ved vores mikrobobler er, at de er magnetiske. Efter at have injiceret dem i blodbanen, vi er i stand til at samle dem rundt om tumoren ved hjælp af magneter og sikre, at de ikke dræber de raske celler, "forklarer prof. Xu, der har arbejdet med kræftdiagnose og lægemiddelleveringssystemer siden 2004.

"Vigtigere, vores opfindelse er den første af sin art, der gør det muligt at lede lægemiddelpartikler dybt ind i en tumor på få millisekunder. De kan trænge igennem en dybde på 50 cellelag eller mere - hvilket er omkring 200 mikrometer, dobbelt så bred som et menneskehår. Dette er med til at sikre, at stofferne kan nå kræftcellerne på overfladen og også inde i tumorens kerne. "

Klinisk lektor Chia Sing Joo, en seniorkonsulent på Tan Tock Seng Hospitalets endoskopicenter og Urology &Continence Clinic, var en af ​​konsulenterne til denne undersøgelse.

En uddannet robotkirurg med erfaring i behandling af prostata, blære- og nyrekræft, Assoc Prof Chia sagde, "For at kræftlægemidler skal opnå deres bedste effektivitet, de har brug for at trænge effektivt ind i tumoren for at nå cystoplasma af alle kræftceller, der er målrettet uden at påvirke de normale celler.

"I øjeblikket, disse kan opnås ved hjælp af en direkte injektion i tumoren eller ved administration af en stor dosis af kræftlægemidler, som kan være smertefuld, dyrt, upraktisk og kan have forskellige bivirkninger. "

Specialisten i Uro-onkologi tilføjede, at hvis NTU's teknologi viser sig at være levedygtig, klinikere kan muligvis lokalisere og koncentrere kræftlægemidlet omkring en tumor, og introducere lægemidlerne dybt ind i tumorvæv på få sekunder ved hjælp af et klinisk ultralydssystem.

"Hvis det lykkes, Jeg forestiller mig, at det kan være en god alternativ behandling i fremtiden, en, der er billig og alligevel effektiv til behandling af kræft, der involverer solide tumorer, da det kan minimere bivirkninger af medicin. "

Nyt system til levering af lægemidler

Motiveringen for dette forskningsprojekt er at finde alternative løsninger til lægemiddelleveringssystemer, der er ikke-invasive og sikre.

Ultralyd bruger lydbølger med frekvenser højere end dem, der høres af det menneskelige øre. Det bruges almindeligvis til medicinsk billeddannelse, f.eks. Til at få diagnostiske billeder.

Magneter, som kan tegne og tiltrække mikroboblerne, er allerede i brug i diagnostiske maskiner, såsom Magnetic Resonance Imaging (MRI).

"Vi ser på at udvikle nye lægemiddelbærere - i det væsentlige bedre måder at levere medicin med minimale bivirkninger, "forklarede prof. Ohl, en ekspert i biofysik, der havde offentliggjort tidligere undersøgelser vedrørende lægemiddelleveringssystemer og bobledynamik.

"De fleste prototype lægemiddelleveringssystemer på markedet står over for tre hovedudfordringer, før de kan få kommerciel succes:de skal være ikke-invasive, patientvenlig og alligevel omkostningseffektiv.

"Ved hjælp af teorien om mikrobobler og hvordan deres overflade vibrerer under ultralyd, vi var i stand til at komme med vores løsning, der løser disse tre udfordringer. "

Tværfagligt team

Dette studie, som tog to et halvt år, involveret et 12-mands internationalt tværfagligt team bestående af NTU-forskere samt forskere fra City University of Hong Kong og Tel Aviv University i Israel. To NTU -studerende, der lavede deres sidste års projekt og en studerende i Summer Research Internship Program (NTU) var også en del af teamet.

Bevæger sig fremad, holdet vil vedtage dette nye lægemiddelleveringssystem i undersøgelser af lunge- og leverkræft ved hjælp af dyremodeller, og til sidst kliniske undersøgelser.

De vurderer, at det vil tage yderligere otte til ti år, før det når menneskelige kliniske forsøg.