Hvor mange nanopartikelbaserede lægemidler når tumorer? Mindre end én procent, viser undersøgelse

At målrette kræftceller til ødelæggelse, mens man efterlader sunde celler alene - det har været løftet om det nye felt inden for cancer nanomedicin. Men en ny meta-analyse fra U of T's Institute of Biomaterials &Biomedical Engineering (IBBME) indikerer, at fremskridtene hidtil har været begrænsede, og at nye strategier er nødvendige, hvis løftet skal blive til virkelighed.

"Mængden af ​​forskning i at bruge konstruerede nanopartikler til at levere kræftmedicin direkte til tumorer er vokset støt i løbet af det sidste årti, men der er meget få formuleringer, der anvendes til patienter. Spørgsmålet er hvorfor?" siger professor Warren Chan (IBBME, ChemE, MSE), seniorforfatter på anmeldelsespapiret offentliggjort i dag i Naturanmeldelser Materialer . "Vi følte, det var på tide at se nærmere på feltet."

Chan og hans medforfattere analyserede 117 offentliggjorte artikler, der registrerede leveringseffektiviteten af ​​forskellige nanopartikler til tumorer - dvs. procentdelen af ​​injicerede nanopartikler, der rent faktisk når deres tilsigtede mål. Til deres overraskelse, de fandt, at medianværdien var omkring 0,7 procent af de injicerede nanopartikler, der nåede deres mål, og at dette tal ikke har ændret sig de sidste ti år. "Hvis nanopartiklerne ikke bliver leveret til tumoren, de kan ikke fungere som designet til mange nanomedicin, " siger Chan.

Endnu mere overraskende var det, at ændring af nanopartikler i sig selv gjorde ringe forskel i nettoleveringseffektiviteten. "Forskere har prøvet forskellige materialer og nanopartikelstørrelser, forskellige overfladebelægninger, forskellige former, men alle disse variationer fører ikke til nogen forskel, eller kun små forskelle, siger Stefan Wilhelm, en post-doc forsker i Chans laboratorium og hovedforfatter af papiret. "Disse resultater tyder på, at vi er nødt til at tænke mere på biologien og de mekanismer, der er involveret i leveringsprocessen i stedet for blot at ændre egenskaber ved nanopartikler selv."

Wilhelm påpeger, at nanopartikler har nogle fordele. I modsætning til kemoterapi, der går overalt i kroppen, lægemidler leveret af nanopartikler akkumuleres mere i nogle organer og mindre i andre. Dette kan være en fordel:f.eks. en nuværende behandling bruger nanopartikler kaldet liposomer til at indkapsle kræftlægemidlet doxorubicin.

Denne indkapsling reducerer ophobningen af ​​doxorubicin i hjertet, derved reduceres kardiotoksiciteten sammenlignet med administration af lægemidlet alene.

Desværre, størstedelen af ​​injicerede nanopartikler, inklusive liposomer, ender i leveren, milt og nyrer, hvilket er logisk, da disse organers opgave er at fjerne fremmede stoffer og giftstoffer fra blodet. Dette tyder på, at for at forhindre nanopartikler i at blive filtreret ud af blodet, før de når måltumoren, forskere skal muligvis kontrollere disse organers interaktioner med nanopartikler.

Det kan være, at der er en optimal partikeloverfladekemi, størrelse, eller form, der kræves for at få adgang til hver type organ eller væv. En strategi, forfatterne forfølger, involverer konstruktion af nanopartikler, der dynamisk kan reagere på forhold i kroppen ved at ændre deres overflader eller andre egenskaber, ligesom proteiner gør i naturen. Dette kan hjælpe dem med at undgå at blive filtreret ud af organer som leveren, men samtidig at have de optimale egenskaber, der skal til for at komme ind i tumorer.

Mere generelt, Forfatterne hævder, at for at øge nanopartikelleveringseffektiviteten, en systematisk og koordineret langsigtet strategi er nødvendig. At bygge et stærkt fundament for kræft-nanomedicin, forskere bliver nødt til at forstå meget mere om samspillet mellem nanopartikler og kroppens forskellige organer, end de gør i dag. Til denne ende, Chans laboratorium har udviklet teknikker til at visualisere disse interaktioner på tværs af hele organer ved hjælp af 3D optisk mikroskopi, en undersøgelse offentliggjort i ACS Nano denne uge.

Ud over dette, teamet har oprettet en åben online database, kaldet Cancer Nanomedicine Repository, der vil muliggøre indsamling og analyse af data om nanopartikelleveringseffektivitet fra enhver undersøgelse, uanset hvor den udgives. Holdet har allerede uploadet de indsamlede data til det seneste papir, men når databasen går live i juni, forskere fra hele verden vil være i stand til at tilføje deres data og udføre realtidsanalyser for deres særlige interesseområde.

"Det er en stor udfordring at indsamle og finde måder at opsummere data fra et årti med forskning, men denne artikel vil være uhyre nyttig for forskere på området, " siger professor Julie Audet (IBBME), en samarbejdspartner på undersøgelsen.

Wilhelm siger, at der er lang vej igen for at forbedre den kliniske oversættelse af nanomedicin mod kræft, men han er optimistisk med hensyn til resultaterne. "Fra den første publikation om liposomer i 1965 til da de første gang blev godkendt til brug i behandling af kræft, det tog 30 år, " siger han. "I 2016, vi har allerede en masse data, så der er en chance for, at oversættelsen af ​​nye cancernanomedicin til klinisk brug kan gå meget hurtigere denne gang. Vores meta-analyse giver et 'realitets'-tjek af den nuværende tilstand af kræftnanomedicin og identificerer de specifikke forskningsområder, der skal undersøges for at sikre, at der vil være en hurtig klinisk oversættelse af nanomedicinsk udvikling."