Camouflerede nanopartikler bruges til at levere dræberprotein til kræft

Et biomimetisk nanosystem kan levere terapeutiske proteiner til selektivt at målrette cancertumorer, ifølge et hold af Penn State-forskere.

Ved at bruge et proteintoksin kaldet gelonin fra en plante fundet i Himalaya-bjergene, forskerne holdt proteinerne i bur i selvsamlede nanopartikler af metal-organiske rammer (MOF) for at beskytte dem mod kroppens immunsystem. For at øge lægemidlets levetid i blodbanen og selektivt målrette mod tumoren, holdet indhyllede MOF'en i en belægning lavet af celler fra selve tumoren.

Blod er et fjendtligt miljø for medicinafgivelse. Kroppens immunsystem angriber fremmede molekyler eller skyller dem ud af kroppen gennem milten eller leveren. Men celler, herunder kræftceller, frigiver små partikler kaldet ekstracellulære vesikler, der kommunikerer med andre celler i kroppen og sender et "spis mig ikke"-signal til immunsystemet.

"Vi designede en strategi for at drage fordel af de ekstracellulære vesikler, der stammer fra tumorceller, " sagde Siyang Zheng, lektor i biomedicin og elektroteknik ved Penn State. "Vi fjerner 99 procent af indholdet af disse ekstracellulære vesikler og bruger derefter membranen til at pakke vores metal-organiske ramme nanopartikler. Hvis vi kan få vores ekstracellulære vesikler fra patienten, gennem biopsi eller kirurgi, så vil nanopartiklerne opsøge tumoren gennem en proces kaldet homotypisk målretning."

Gong Cheng, hovedforfatter på et nyt papir, der beskriver holdets arbejde og en tidligere postdoktor i Zhengs gruppe nu på Harvard, sagde, "MOF er en klasse af krystallinske materialer samlet af metalknuder og organiske linkere. I vores design, selvsamling af MOF nanopartikler og indkapsling af proteiner opnås samtidigt gennem en one-pot tilgang i vandigt miljø. De berigede metalaffinitetssteder på MOF-overflader fungerer som knapkrogen, så den ekstracellulære vesikelmembran let kan spændes på MOF nanopartiklerne. Vores biomimetiske strategi får de syntetiske nanopartikler til at ligne ekstracellulære vesikler, men de har den ønskede last indeni."

Nanopartikelsystemet cirkulerer i blodbanen, indtil det finder tumoren og låser sig fast på cellemembranen. Kræftcellen indtager nanopartiklerne i en proces kaldet endocytose. En gang inde i cellen, den højere surhedsgrad af kræftcellens intracellulære transportvesikler får de metalorganiske rammenanopartikler til at bryde fra hinanden og frigive det giftige protein til cytosol og dræbe cellen.

"Vores metal-organiske ramme har meget høj lastekapacitet, så vi behøver ikke bruge mange af partiklerne, og det holder den generelle toksicitet lav, " sagde Zheng.

Forskerne undersøgte effektiviteten af ​​nanosystemet og dets toksicitet i en lille dyremodel og rapporterede deres resultater i en forsideartikel i Journal of the American Chemical Society .

Forskerne mener, at deres nanosystem giver et værktøj til målrettet levering af andre proteiner, der kræver tilsløring fra immunsystemet. Penn State har ansøgt om patentbeskyttelse for teknologien.