Nanopartikler kaldet C-prikker viser evne til at inducere celledød i tumorer

Nanopartikler kendt som Cornell -prikker, eller C prikker, har vist sig meget lovende som et terapeutisk værktøj til opdagelse og behandling af kræft.

Nu, de ultrasmå partikler – udviklet for mere end et dusin år siden af ​​Ulrich Wiesner, Spencer T. Olin professor i teknik - har vist, at de kan gøre noget endnu bedre:dræbe kræftceller uden at vedhæfte et cytotoksisk lægemiddel.

En undersøgelse ledet af Michelle Bradbury, direktør for intraoperativ billeddannelse ved Memorial Sloan Kettering Cancer Center og lektor i radiologi ved Weill Cornell Medicine, og Michael Overholtzer, cellebiolog ved MSKCC, i samarbejde med Wiesner har kastet et overraskende twist i den årtilange søgen efter at bringe C-prikker ud af laboratoriet og i brug som en klinisk terapi.

Deres papir, "Ultrasmå nanopartikler inducerer ferroptose af næringsstofberøvede kræftceller og undertrykker tumorvækst, " blev offentliggjort 26. september i Natur nanoteknologi . Værket beskriver, hvordan C-punkter, administreres i store doser og med tumorer i en tilstand af næringsstofmangel, udløse en type celledød kaldet ferroptose.

"Hvis du skulle designe en nanopartikel til at dræbe kræft, det ville være præcis den måde du ville gøre det på, " sagde Wiesner. "Partikelen tolereres godt i normalt sundt væv, men så snart du har en tumor, og under meget specifikke forhold, disse partikler bliver dræber."

"Faktisk, "Sagde Bradbury, "det er første gang, vi har vist, at partiklen har iboende terapeutiske egenskaber."

Wiesners fluorescerende silicapartikler, så lille som 5 nanometer i diameter, blev oprindeligt designet til at blive brugt som diagnostiske værktøjer, fæstner sig til kræftceller og lyser op for at vise en kirurg, hvor tumorcellerne er. Potentielle anvendelser omfattede også lægemiddeltilførsel og miljøfølelse. Et første-i-menneskeligt klinisk forsøg af Food and Drug Administration, ledet af Bradbury, anså partiklerne for sikre for mennesker.

I yderligere test af partiklerne i løbet af de sidste fem år - inklusive de sidste 13 måneder som medlem af Centers of Cancer Nanotechnology Excellence, et National Cancer Institute -initiativ etableret i august 2015 - Bradbury, Overholtzer, Wiesner og deres samarbejdspartnere lavede dette store, uventet fund.

Når inkuberet med kræftceller i høje doser – og, vigtigt, med kræftceller i en tilstand af næringsstofmangel – Wiesners peptidcoatede C-prikker viser evnen til at adsorbere jern fra miljøet og levere dette til kræftceller. peptidet, kaldet alfa-MSH, blev udviklet af Thomas Quinn, professor i biokemi ved University of Missouri.

Denne proces udløser ferroptose, en nekrotisk form for celledød, der involverer plasmamembranbrud - forskellig fra den typiske cellefragmentering, der findes under en mere almindeligt observeret form for celledød kaldet apoptose.

"Det oprindelige formål med at studere prikkerne i celler var at se, hvor godt større koncentrationer ville blive tolereret uden at ændre cellulær funktion, " sagde Overholtzer. "Mens høje koncentrationer blev godt tolereret under normale forhold, Vi ville også vide, hvordan kræftceller under stress kan reagere. "

Til gruppens overraskelse, i 24 til 48 timer efter, at kræftcellerne blev udsat for prikkerne, der var en "ødelæggelsesbølge" gennem hele cellekulturen, sagde Wiesner. Tumorer skrumpede også, når mus fik flere høje dosisinjektioner uden nogen bivirkninger, sagde Bradbury, co-director med Wiesner fra MSKCC-Cornell Center for Translation of Cancer Nanomedicines.

I den igangværende kamp mod en sygdom, der dræber millioner på verdensplan årligt – har kræft taget flere i Wiesners familie, gør dette også til et personligt korstog for ham. At have et andet våben kan kun hjælpe, sagde Wiesner.

"Vi har fundet et andet værktøj, som folk overhovedet ikke har tænkt på overhovedet, " sagde han. "Dette har ændret vores måde at tænke på nanopartikler og hvad de potentielt kan gøre."

Fremtidigt arbejde vil fokusere på at bruge disse partikler i kombination med andre standardterapier for en given tumortype, Bradbury sagde, med håb om yderligere at øge effektiviteten inden test hos mennesker.

Forskere vil også se efter at skræddersy partiklen til at målrette mod specifikke kræftformer. "Det er et spørgsmål om at designe partiklerne med forskellige vedhæftninger på dem, så de binder sig til den særlige kræftsygdom, vi leder efter, " sagde Overholtzer.