Nanopartikler forbedrer tumorbehandling hos mus

Ved behandling af kræft, kemoterapi er en spaltemaskine, ikke en skalpel. Ved at angribe hurtigt delende celler, kemoterapi bekæmper effektivt tumorer, men det hærger også raske celler i tarmen, knoglemarv, hovedbunden og andre organer, fører til alvorlige bivirkninger. Disse giftige kemikalier redder liv, men med store omkostninger for patientens velbefindende.

I et forsøg på at vippe balancen mod fordelene ved kemoterapi, Glen Kwon, en professor ved University of Wisconsin-Madison School of Pharmacy, henvender sig til nanopartikler, der er i stand til at forbedre disse lægemidlers terapeutiske egenskaber.

I nyt arbejde, der for nylig er offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano , Kwons laboratorium udviklede en stabiliseret form for et almindeligt kemoterapimiddel, gemcitabin, og indkapslet det i nanopartikler, der er i stand til at bremse deres frigivelse. I musemodeller af human lungekræft, det forbedrede lægemiddel hæmmede tumorvækst mere effektivt end standard gemcitabin.

"Der har været en masse hype om nanoteknologi, " siger Kwon, som har arbejdet inden for området i mere end 20 år. "Det er et ambitiøst mål:at målrette stoffer til bestemte steder i vores krop."

Det mål kan være et stykke væk, Kwon siger, men partikler, der transporterer lægemidler ind i kroppen - kendt som nanobærere - har allerede vist sig effektive. "Hvad nanobærere kan gøre er at reducere toksicitet, " han siger.

I arbejde med sin kandidatstuderende Tony Tam for to år siden, Kwon udviklede et forbedret system til levering af kemoterapilægemidlet paclitaxel, almindeligvis sælges som Taxol, under behandlingen. Tam knyttet en kort kæde af mælkesyre til lægemidlet, som hjalp det med at blive indlæst i nanobærere lavet, delvis, af mælkesyre. Nanobæreren er tidligere blevet brugt til mennesker.

Så når man vender sig til gemcitabin, Tam prøvede den samme taktik – tilføj mælkesyrekæder og læg den i nanobæreren.

"Men den første retssag, vi havde, var slet ikke stabil, " siger Tam, nu seniorforsker hos Merck i San Francisco. For at øge lægemidlets stabilitet, han henvendte sig til 30 år gammelt arbejde fra Japan.

I 1980'erne, forskere ved Kyoto Universitet kombinerede kæder af mælkesyre, der var identiske bortset fra en nøglefunktion - deres håndfasthed. Mange molekyler kommer i spejlbilleder af sig selv, og da de japanske forskere kombinerede venstre- og højrehåndede versioner af mælkesyrepolymerer, de resulterende krystaller, kaldet stereokomplekser, var meget mere stabile.

Da Tam producerede gemcitabin-forbundne stereokomplekser af mælkesyre og indlæste dem i nanobæreren, lægemidlets stabilitet steg. Sammenlignet med gemcitabin kun bundet til den venstrehåndede form af mælkesyre, stereokomplekset frigav gemcitabin 15 gange langsommere i en kunstig opløsning. Da gemcitabin nedbrydes så hurtigt i kroppen, Det gives normalt ved høje doser for at sikre, at nok når tumoren. Hvis dette nanocarrier -system bremsede frigivelsen i kroppen, det kunne betyde mildere doser.

Mærkeligt nok, nanopartiklerne antog en uventet form. Mens lignende nanobærere omslutter lægemidler i en kugle, billeder taget i atomskala viser gemcitabin-stereokomplekserne, der vedtager en udstrakt, cylindrisk form. Du kan stable 10, 000 af disse cylindre ende-på-ende inden for tykkelsen af ​​et stykke papir.

Hos mus, der huser en human-afledt ikke-småcellet lungekræftlinje, behandling med de stereokomplekse nanobærere over tre uger forhindrede tumorerne i at vokse. I modsætning, tumorerne mere end fordobledes i størrelse hos musene behandlet med standard gemcitabin. Musene blev behandlet med en ret lav dosis for at vurdere forskelle mellem formerne for gemcitabin.

"I sidste ende er vores mål at få dette ind i mennesker, " siger Kwon, tilføjer så mange trin, såsom opskalering af produktionen og foreløbige sikkerhedsundersøgelser, vil være påkrævet.

Med Wisconsin Alumni Research Foundation, Kwon og Tam indsendte et patent baseret på deres ændringer af gemcitabin, der forbedrede dets stabilitet og frigivelse. Og Kwon var med til at stifte Co-D Therapeutics, en præklinisk virksomhed, der udvikler nanocarrier-baserede lægemidler baseret på hans tidligere arbejde med paclitaxel.

"Denne forskning var afhængig af virkelig godt samarbejde i School of Pharmacy -samfundet, " siger Tam, bemærker, at medlemmer af to andre laboratorier på skolen bidrog til ACS Nano-papiret.

"Samarbejde er meget vigtigt."