Forskere eksperimenterer med nye måder at designe nanopartikelbehandlinger for kræft

Når du hører ordet "nanomedicin", kan det tænke på scenarier som dem i filmen "Fantastic Voyage" fra 1966. Filmen portrætterer et medicinsk team, der er skrumpet ned for at sejle på et mikroskopisk robotskib gennem en mands krop for at rense en blodprop i hans hjerne.

Nanomedicin har endnu ikke nået det sofistikerede niveau. Selvom forskere kan generere nanomaterialer, der er mindre end adskillige nanometer - "nanoen", der angiver en milliarddel af en meter - har nutidens nanoteknologi ikke været i stand til at generere funktionel elektronisk robotik lille nok til at injicere sikkert ind i blodbanen. Men siden begrebet nanoteknologi først blev introduceret i 1970'erne, har det sat sit præg i mange hverdagsprodukter, herunder elektronik, tekstiler, fødevarer, vand- og luftbehandlingsprocesser, kosmetik og lægemidler. I betragtning af disse succeser på tværs af forskellige områder var mange medicinske forskere ivrige efter at bruge nanoteknologi til at diagnosticere og behandle sygdom.

Jeg er en farmaceutisk videnskabsmand, der blev inspireret af løftet om nanomedicin. Mit laboratorium har arbejdet på at udvikle kræftbehandlinger ved hjælp af nanomaterialer gennem de sidste 20 år. Mens nanomedicin har oplevet mange succeser, er nogle forskere som mig blevet skuffede over dens undervældende overordnede præstation inden for kræft. For bedre at oversætte succes i laboratoriet til behandlinger i klinikken, foreslog vi en ny måde at designe kræftlægemidler ved hjælp af nanomaterialer. Ved at bruge denne strategi udviklede vi en behandling, der var i stand til at opnå fuld remission hos mus med metastatisk brystkræft.

Hvad er nanomedicin?

Nanomedicin refererer til brugen af ​​materialer på nanoskala til at diagnosticere og behandle sygdom. Nogle forskere definerer nanomedicin som omfattende medicinske produkter, der bruger nanomaterialer mindre end 1.000 nanometer. Andre bruger mere snævert udtrykket til at henvise til injicerbare lægemidler, der bruger nanopartikler mindre end 200 nanometer. Noget større er muligvis ikke sikkert at injicere i blodbanen.

Adskillige nanomaterialer er med succes blevet brugt i vacciner. De mest kendte eksempler i dag er Pfizer-BioNTech og Moderna COVID-19 mRNA-vaccinerne. Disse vacciner brugte en nanopartikel lavet af lipider eller fedtsyrer, der hjælper med at transportere mRNA'et derhen, hvor det skal hen i kroppen for at udløse et immunrespons.

Forskere har også med succes brugt nanomaterialer i diagnostik og medicinsk billeddannelse. Hurtige COVID-19-tests og graviditetstests bruger guld-nanopartikler til at danne det farvede bånd, der angiver et positivt resultat. Magnetisk resonansbilleddannelse, eller MR, bruger ofte nanopartikler som kontrastmidler, der hjælper med at gøre et billede mere synligt.

Adskillige nanopartikelbaserede lægemidler er blevet godkendt til kræftbehandling. Doxil (doxorubicin) og Abraxane (paclitaxel) er kemoterapi-lægemidler, der bruger nanomaterialer som en leveringsmekanisme for at forbedre behandlingens effektivitet og reducere bivirkninger.

Kræft og nanomedicin

Potentialet for nanomedicin til at forbedre et lægemiddels effektivitet og reducere dets toksicitet er attraktivt for kræftforskere, der arbejder med lægemidler mod kræft, som ofte har stærke bivirkninger. Faktisk er 65 % af de kliniske forsøg med nanopartikler fokuseret på kræft.

Ideen er, at nanopartikel-kræftmedicin kan fungere som biologiske missiler, der ødelægger tumorer og samtidig minimerer skader på sunde organer. Fordi tumorer har utætte blodkar, mener forskere, at dette ville tillade nanopartikler at akkumulere i tumorer. Omvendt, fordi nanopartikler kan cirkulere i blodbanen længere end traditionelle kræftbehandlinger, kan de akkumulere mindre i sunde organer og reducere toksicitet.

Selvom disse designstrategier har været vellykkede i musemodeller, har de fleste nanopartikelkræftlægemidler ikke vist sig at være mere effektive end andre kræftlægemidler. Mens nogle nanopartikelbaserede lægemidler kan reducere toksicitet for visse organer, kan de øge toksiciteten i andre. For eksempel, mens den nanopartikel-baserede Doxil reducerer skader på hjertet sammenlignet med andre kemoterapimuligheder, kan det øge risikoen for at udvikle hånd-fod-syndrom.

Forbedring af nanopartikelbaserede kræftlægemidler

For at undersøge måder til at forbedre, hvordan nanopartikelbaserede kræftlægemidler er designet, undersøgte mit forskerhold og jeg, hvor godt fem godkendte nanopartikelbaserede kræftlægemidler akkumuleres i tumorer og undgår sunde celler sammenlignet med de samme kræftlægemidler uden nanopartikler. Baseret på resultaterne af vores laboratorieundersøgelse foreslog vi, at design af nanopartikler til at være mere specifikke for deres tilsigtede mål kunne forbedre deres oversættelse fra dyremodeller til mennesker. Dette inkluderer at skabe nanopartikler, der afhjælper manglerne ved et bestemt lægemiddel - såsom almindelige bivirkninger - og indsigt i de typer celler, de bør målrette mod i hver enkelt kræfttype.

Ved at bruge disse kriterier designede vi en nanopartikel-baseret immunterapi til metastatisk brystkræft. Vi identificerede først, at brystkræft har en type immuncelle, der undertrykker immunrespons, og hjælper kræften med at blive resistent over for behandlinger, der stimulerer immunsystemet til at angribe tumorer. Vi antog, at selvom lægemidler kunne overvinde denne resistens, er de ikke i stand til at akkumulere tilstrækkeligt i disse celler til at lykkes. Så vi designede nanopartikler lavet af et almindeligt protein kaldet albumin, der kunne levere kræftmedicin direkte til det sted, hvor disse immunundertrykkende celler er placeret.

Da vi testede vores nanopartikel-baserede behandling på mus, der var genetisk modificeret til at have brystkræft, var vi i stand til at eliminere tumoren og opnå fuldstændig remission. Alle musene var stadig i live 200 dage efter fødslen. Vi håber, at det i sidste ende vil oversætte fra dyremodeller til kræftpatienter.

Nanomedicins lyse, men realistiske fremtid

Succesen med nogle lægemidler, der bruger nanopartikler, såsom COVID-19 mRNA-vaccinerne, har vakt begejstring blandt forskere og offentligheden om deres potentielle brug til behandling af forskellige andre sygdomme, herunder foredrag om en fremtidig kræftvaccine. En vaccine mod en infektionssygdom er dog ikke det samme som en vaccine mod kræft. Kræftvacciner kan kræve forskellige strategier for at overvinde behandlingsresistens. At injicere en nanopartikel-baseret vaccine i blodbanen har også andre designudfordringer end at injicere i muskler.

Mens området for nanomedicin har gjort gode fremskridt med at få medicin eller diagnostik ud af laboratoriet og ind i klinikken, har det stadig en lang vej forude. At lære af tidligere succeser og fiaskoer kan hjælpe forskere med at udvikle gennembrud, der gør det muligt for nanomedicin at leve op til sit løfte. + Udforsk yderligere

Et lysstyret nanomedicin til præcis lægemiddellevering til behandling af kolorektal cancer

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.