Lægemiddelleveringsmikrokapsler mærket med zirconium-89 kan spores ved PET-billeddannelse

University of Alabama i Birmingham polymer- og radionuklidkemikere rapporterer, hvad de siger, "kan repræsentere et stort skridt fremad i mikrokapsel-lægemiddelleveringssystemer."

UAB-mikrokapslerne - mærket med radioaktivt zirconium-89 - er det første eksempel på hule polymerkapsler, der er i stand til langsigtet, flerdages positronemissionstomografi, eller PET, billeddannelse in vivo. I tidligere arbejde, UAB-forskere viste, at de hule kapsler kunne fyldes med en potent dosis af kræftlægemidlet doxorubicin, som derefter kunne frigives ved terapeutisk ultralyd, der sprænger mikrokapslerne.

PET-billeddannelse med zirconium-89 - som har en halveringstid på 3,3 dage - gjorde det muligt at spore kapslerne i testmus i op til syv dage. Det store skridt fremad i den nuværende forskning var kovalent inkorporering af en zirconium chelator, deferoxamin eller DFO, ind i lagene af mikrokapslerne. Dette øgede den tætte binding af positronemitteren zirconium-89 til mikrokapselvæggen.

"De producerede systemer repræsenterer et eksempel på et avanceret teranostisk middel med mulighed for at kombinere kontrolleret lægemiddellevering med stabile PET-billeddannelsesevner, sagde Eugenia Kharlampieva, Ph.D., og Suzanne Lapi, Ph.D., co-senior forfattere. "Vi mener, at dette system også danner grundlaget for en universel lægemiddelleveringsbærer, der kan kombineres med avancerede målrettede behandlinger, såsom patienttilpasset genterapi, og kan føre til fremme af menneskers sundhed gennem molekylært målrettede, billedstyret præcis lægemiddellevering."

Dette lægemiddelleveringssystem – efter overflademodifikationer for at øge målretningsevnerne – kunne tilbyde et ikke-invasivt alternativ til cancerkirurgi eller systemisk kemoterapi til solide tumorer. Udtrykket theranostisk, et portmanteau af ordene terapi og diagnostik, refererer til nanopartikler eller mikrokapsler, der kan fungere som diagnostiske billeddiagnostiske midler og som bærere til terapeutiske lægemidler.

Den relative mangel på zirconium-89 funktionaliserede partikler, Kharlampieva og Lapi foreslår, kan skyldes både mangel på laboratorier, der kan arbejde med denne isotop, og udfordringerne forbundet med dens stabile inkorporering i en polymer lægemiddelbærer. Hos UAB, Kharlampieva er professor i UAB College of Arts and Sciences Department of Chemistry og meddirektør for UAB Center for Nanomaterials and Biointegration. Hendes polymerkemi-laboratorium har banebrydende forskning i hule mikrokapsler, der er bygget med skiftende lag af biokompatibel garvesyre og poly(N-vinylpyrrolidon), eller TA/PVPON. Lagene dannes omkring en offerkerne, der opløses, efter at lagene er færdige. I den aktuelle forskning, chelatoren DFO var kovalent forbundet med PVPON, og kapslerne var sammensat af skiftende lag af TA og PVPON-DFO, for i alt seks eller 12 dobbeltlag.

Lapi er professor i radiologi og næstformand for translationel forskning, og hun er direktør for UAB Cyclotron Facility, som producerer både kliniske og undersøgelsesradionuklider. Lapi leder også Radiochemistry Laboratory og Division of Advanced Medical Imaging Research.

UAB-forskerne fandt ud af, at (TA/PVPON-DFO) seks-dobbeltlagskapsler beholdt, gennemsnitlig, 17 procent mere zirconium-89 end deres (TA/PVPON) modstykker, bevis for, at kobling af DFO til PVPON giver stabil chelering. In vivo PET-billeddannelse af mus viste fremragende stabilitet og billedkontrast, der stadig var til stede syv dage efter injektion. Kapslerne akkumulerede primært i milten, lever og lunger, og der var ubetydelig ophobning i lårbenet. Da lårbenet er det sted, hvor frit zirconium-89 ophobes, denne mangel på akkumulering i lårbenet bekræftede stabil binding af radiotraceren til kapslen. Endelig, ved at anvende terapeutiske niveauer af ultralyd på de zirconium-funktionaliserede kapsler frigav det anticancer-lægemidlet doxorubicin - fyldt inde i mikrokapslerne - i terapeutiske mængder.

Dermed, mikrokapslerne overvinder tre begrænsninger, der ses i hovedparten af ​​de nuværende PET-guidede teranostiske midler:1) dårlig tilbageholdelse af radiometal over tid, 2) lav kapacitet for indlæsning af lægemidler, og 3) tidsbegrænset PET-billeddannelseskapacitet.

Medforfattere af undersøgelsen, "Flerlagsmikrokapsler med skalchelateret 89Zr til PET-billeddannelse og kontrolleret levering, " offentliggjort i tidsskriftet ACS anvendte materialer og grænseflader , var Veronika Kozlovskaya, Ph.D., og Aaron Alford, Ph.D., UAB Institut for Kemi.