Ny computermodel designer en lægemiddelleveringsstrategi til bekæmpelse af kræft

Stanford -forskere har skabt en computersimulering, valideret af eksperimentelle resultater, at hjælpe med at designe nanopartikler til levering af lægemidler, der fører kræftbekæmpende medicin direkte til tumorer, samtidig med at de potentielle bivirkninger på raske celler minimeres.

Bryan Smith, direktør for Translational Nanomedicine -laboratoriet i Radiology and Molecular Imaging Programme i Stanford, og Eric Shaqfeh, professor i kemiteknik og maskinteknik, beskrive deres arbejde i 18. september -udgaven af Biofysisk Journal .

Undersøgelsen bygger på tidligere forskning, som viste, at lægemidler indlejret i nanopartikler generelt er bedre i stand til at unddrage sig biologiske barrierer end frit roaming lægemiddelmolekyler. Alligevel har selv nanopartikler hidtil vist begrænset succes med at nå deres mål. Den kritiske vejspærring har været at få stoffet fra blodbanen ind i tumoren. Så, i deres undersøgelse, forskerne søgte at identificere den optimale form for nanopartikler til at fungere som en molekylær bærer for at få småmolekylære lægemidler ud af blodkarrene og ind i de interstitielle væsker, der bader tumoren, hvor stofferne kan komme ind i kræftceller. En gang indenfor, nanopartiklerne opløses, gør det muligt for lægemiddelmolekylerne at dræbe tumorcellerne.

Nanopartikelleveringsstrategien udnytter en af ​​kræftets store svagheder:den tilfældige måde, hvorpå tumorer vokser.

Ved at kombinere Shaqfehs indsigt i væskedynamik med Smiths viden om nanopartikelflow og vaskulær biologi, gennem simuleringer og eksperimenter viste forskerne, hvordan nanopartikler i forskellige former flyder gennem blodkar, tumle gennem disse porer i tumorens blodkar og nå maligne celler.

Forskerne sagde, at fordi kræftformer kan være meget forskellige, Nanopartikels leveringssystemers former og størrelser skal muligvis skræddersys til den specifikke tumor. I modsætning til tidligere modeller, som oversimplificerede nanopartikelformer, forskerne siger, at deres model forventes at hjælpe lægemiddeldesignere præcist med at forudsige den optimale partikelform og størrelse for bedst muligt at behandle tumoren.

Stanford-teamet validerede også deres teoretiske antagelser med virkelige eksperimenter. Kombination af simuleringer med eksperimenter hjalp dem med at afsløre, at lang, tynd, såkaldte endimensionelle partikler krydser typisk porerne bedst. Forskerne lærte også, at den tidligere overset diffusionsproces, hvorigennem partikler bevæger sig fra områder med højere til mindre koncentration, kan spille en uventet stor rolle i styringen af, om nanopartikler glider gennem porerne.

I fremtidig forskning, Smith og Shaqfeh håber at undersøge, hvordan de polymerer, der gør nanopartikler mere biokompatible, styrer deres leveringsegenskaber. De planlægger også at udvide deres modeller til at omfatte elektriske kræfter, der kan få porer til at tiltrække eller afvise nanopartikler.