Forskere indlæser nanocarriers for at levere kemoterapimedicin og billeddannelsesmolekyler til tumorer

En gåde med kræft er tumorens evne til at bruge vores kroppe som menneskelige skjolde for at aflede behandling. Tumorer vokser blandt normale væv og organer, giver ofte læger få muligheder end at skade, forgifte eller fjerne sunde dele af vores krop i forsøg på at slå kræften tilbage med operation, kemoterapi eller stråling.

Men i et papir offentliggjort 27. september i tidsskriftet Lille , forskere ved University of Washington beskriver et nyt system til at indkapsle kemoterapimedicin i små, syntetiske "nanocarrier"-pakker, som kunne injiceres i patienter og skilles ad på tumorstedet for at frigive deres giftige last.

Gruppen, ledet af UW professor i materialevidenskab og teknik Miqin Zhang, er ikke den første til at arbejde på nanobærere. Men nanocarrier-pakken udviklet af Zhangs team er en hybrid af syntetiske materialer, som giver nanobæreren den unikke evne til at transportere ikke kun stoffer, men også små fluorescerende eller magnetiske partikler til at farve tumoren og gøre den synlig for kirurger.

"Vores nanocarrier-system er virkelig en hybrid, der adresserer to behov - lægemiddellevering og tumorbilleddannelse, " sagde Zhang, som er seniorforfatter på papiret. "Først, denne nanocarrier kan levere kemoterapimedicin og frigive dem i tumorområdet, som skåner sundt væv for giftige bivirkninger. Sekund, vi fylder nanobæreren med materialer til at hjælpe læger med at visualisere tumoren, enten ved hjælp af et mikroskop eller ved MR-scanning."

Deres hybride nanobærer bygger på mange års forskning i de typer syntetiske materialer, der kunne pakke lægemidler til levering til en bestemt del af en patients krop. I tidligere forsøg, videnskabsmænd ville ofte først prøve at lave en tom nanobærer af et syntetisk materiale. Når den er samlet, de ville fylde nanobæreren med et terapeutisk lægemiddel. Men denne tilgang var ineffektiv, og havde en høj risiko for at beskadige de skrøbelige stoffer og gøre dem ineffektive.

"De fleste kemoterapipræparater har komplekse strukturer - i det væsentlige, de er meget skrøbelige – og de nytter ikke, hvis de er ødelagte, når de når tumoren, " sagde Zhang.

Zhangs team arbejdede omkring dette problem ved at designe en nanocarrier, der kunne samles og indlæses samtidigt. Deres tilgang er beslægtet med at lægge last i en skibscontainer, selv som containerens vægge, gulv og tag samles og boltes sammen.

Denne "belastning under montering" teknik lod også Zhangs team inkorporere flere kemiske komponenter i nanocarrierens struktur, som kunne hjælpe med at holde last på plads og gøre tumoren nem at afbilde i kliniske omgivelser.

Deres nanobærer har en kerne af jernoxid, som giver struktur men også kan bruges som billeddannende middel ved MR-scanninger. En skal af silica omgiver kernen, og blev designet til effektivt at stable kemoterapilægemidlet paclitaxel. De inkluderede også plads i nanobæreren til kulstofprikker, små partikler, der kan "plette" væv og gøre det lettere at se under et mikroskop, at hjælpe læger med at løse grænserne mellem kræft og sundt væv til yderligere behandling eller operation. Intensiteten af ​​mange billeddannende midler falmer over tid, men Zhang sagde, at denne nanocarrier kan give vedvarende billeddannelse i flere måneder.

Men på trods af at have så meget last, de fuldt fyldte nanobærere er mindre end tykkelsen af ​​et ark spinkelt notesbogspapir.

Silicaskallen holder nanobærerne vandtætte. Ud over, de forstyrrer ikke sundt væv, som Zhangs team viste ved at injicere raske mus med tomme nanobærere eller nanobærere fyldt med lægemiddellast. Fem dage efter injektion, de undersøgte vitale organer i musene for tegn på toksicitet og fandt ingen.

"Dette tyder på, at nanobærerne i sig selv ikke udløser en bivirkning i kroppen, og at de lastede nanobærere holder deres giftige last afskærmet fra kroppen, " sagde Zhang.

UW-teamet designede også nanobærerne, så de nemt kan skilles ad, når de nåede en ønsket placering. Skånsom opvarmning fra infrarødt lys på lavt niveau var tilstrækkelig til at få nanobærerne til at bryde fra hinanden og tømme deres last, hvilket er noget, læger kunne anvende på tumorstedet under behandlingen.

Som deres sidste test af nanocarrier-effektiviteten, Zhangs team henvendte sig til mus med en form for overførbar kræft. Mus, som de injicerede med tomme nanobærere, viste ingen reduktion i tumorstørrelse. Men tumorer krympede betydeligt hos mus injiceret med nanobærere, der var fyldt med paclitaxel. De så en lignende effekt på menneskelige kræftceller dyrket og testet i laboratoriet.

"Disse resultater viser, at nanobærerne kan levere deres last intakt til tumorstedet, " sagde Zhang. "Og mens vi designede denne nanocarrier specifikt til at rumme paclitaxel, det er muligt at tilpasse denne teknik til andre stoffer."

Der er stadig bjerge at bestige, før denne teknologi er bevist sikker og effektiv for mennesker. Men Zhang håber, at hendes holds tilgang og lovende resultater vil fremskynde opstigningen.