Forskere skaber terapi, der bremser toksiske kemoterapieffekter

Virginia Tech-forskere har udviklet et nyt kræftlægemiddel, der bruger guldnanopartikler skabt af biotekfirmaet CytImmune Sciences til at levere paclitaxel - et almindeligt anvendt kemoterapilægemiddel direkte til en tumor.

På grund af den direkte målretning, den nye indsats øger ikke kun effektiviteten af ​​paclitaxel, det reducerer også dramatisk de ødelæggende bivirkninger såsom hårtab, kvalme, og nervesmerter.

CytImmune spurgte tidligere i år David Kingston, en University Distinguished Professor of Kemi ved Virginia Tech College of Science, at skabe et paclitaxel-derivat, der binder til guldbaserede nanopartikler, mens det er i blodbanen, kun frigive stoffet, når det er inde i en kræftsvulst. Paclitaxel kemoterapi bruges i vid udstrækning til behandling af bryst, æggestokkene, lunge, og tyktarmskræft.

"Paclitaxel-bivirkninger opstår, fordi lægemidlet gives intravenøst ​​og dermed fordeles i hele kroppen, og ikke kun til tumoren, " sagde Kingston, som sluttede sig til Virginia Tech Department of Chemistry i 1971. "Desuden opløsningsmidlet, der bruges til at tillade infusion, har sin egen toksicitet. Paclitaxel kunne være et meget mere effektivt lægemiddel, hvis det kunne målrettes direkte mod tumoren. Dette ville tillade, at hver dosis blev givet uden at forårsage væsentlige bivirkninger, og ville dermed øge potentialet for helbredelser. "

Med andre ord, for nu, levering af en paclitaxel er lig med et haglgevær med piller. Sprængningen af ​​at dræbe en tumor resulterer i stor sideskade. Kingston og hans team siger, at deres leveringsmetode er som en fintunet riffel, ved at bruge CytImmunes guldbaserede nanopartikler som leveringskuglen.

Guldnanopartiklerne er dekoreret med både paclitaxel og tumornekrosefaktor - et cellesignalerende protein, der almindeligvis kaldes TNF. Guld nanopartikler er kendt for at klamre sig til kræftsvulster. TNF binder sig således til tumorens blodkarceller, i sidste ende dræber dem og reducerer det høje tryk inde i tumoren, som forhindrer paclitaxel i at nå kræftcellerne for at dræbe dem.

Nu, det langsomt frigivne paclitaxel, der er bundet til guldnanopartiklerne, kan nå sine målrettede kræftceller for at dræbe dem.

I tidlige laboratorietests til behandling af musemelanom, en dosis på 2,5 milligram paclitaxel afgivet på Kingstons guld nanopartikler-vehikel var i det væsentlige lige så effektiv som en dosis på 40 milligram paclitaxel i sig selv.

Leveringsmetoden forventes snart at bevæge sig mod kliniske forsøg, sagde Kingston.

Fund af Kingston og hans team - inklusive Jielu Zhao, en 2016 doktorgrad i kemi, nu kemiker hos Proctor and Gamble, og Shugeng Cao, en tidligere postdoktorforsker også i kemi, nu lektor ved University of Hawaii i Hilo - blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Biokonjugatkemi .

Zhao og Cao udførte den egentlige syntese af paclitaxel-derivaterne med de designede linkere for at tillade dem at binde til guld-nanopartiklerne, med Kingston tilsyn.

"Denne tilgang har potentialet til at være en game-changer i nanopartikel-baserede lægemiddelleveringssystemer, " sagde Kingston, "da det kombinerer styrken af ​​lægemiddelmålretning med tumornekrosefaktor, med fordelene ved levering af nanopartikler, herunder den lave toksicitet af nanopartikellægemidler til normal, sundt væv."

"Ved at kombinere den tumor-blodkar-ødelæggende aktivitet af TNF med den kræftdræbende effekt af paclitaxel på CytImmunes tumor-målrettede, 'stealth' guld nanopartikler, Dr. Kingstons team og CytImmunes team kan muligvis have skabt et nyt kræftmedicin, der er langt mere effektivt og mindre giftigt for menneskekroppen, " sagde Lawrence Tamarkin, administrerende direktør hos CytImmune.

Arbejdet med det nye lægemiddel blev delt mellem Virginia Techs hovedcampus i Blacksburg og CytImmunes Rockville, Maryland, hovedkvarter. Kingston har tidligere samarbejdet med CytImmune om tumor-målrettet nanomedicin.

Virginia Tech har tidligere brugt guld nanopartikler i ikke-relateret anti-kræftforskning, inklusive Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine, som i eksperimenter brugte guldnanopartikler til at samle omkring tumorer fundet inde i en hund, og brugte derefter en ikke-ablativ laser til at målrette guld-nanopartiklerne, og dermed tumorerne. I det væsentlige, den veterinære tilgang dræbte kræftceller ved at opvarme dem, versus Kingstons tilgang direkte målrettet paclitaxel til tumorer via guld nanopartiklerne.