Forskere udvikler en nanopartikel, der kan trænge igennem blod-hjerne-barrieren

Forskere ved Sylvester Comprehensive Cancer Center ved University of Miami Miller School of Medicine har udviklet en nanopartikel, der kan trænge igennem blod-hjerne-barrieren. Deres mål er at dræbe primære brystkræfttumorer og hjernemetastaser i én behandling, og deres forskning viser, at metoden kan skrumpe bryst- og hjernetumorer i laboratorieundersøgelser.

Hjernemetastaser, som disse sekundære tumorer kaldes, opstår oftest fra solide tumorer som bryst-, lunge- og tyktarmskræft og er ofte forbundet med en dårlig prognose. Når kræft bryder hjernen, kan det være svært for behandlingen at følge, til dels på grund af blod-hjerne-barrieren, en næsten uigennemtrængelig membran, der adskiller hjernen fra resten af ​​kroppen.

Sylvester-teamets nanopartikel kan en dag blive brugt til at behandle metastaserne med den ekstra fordel at behandle den primære tumor på samme tid, ifølge Shanta Dhar, Ph.D., lektor i biokemi og molekylærbiologi og assisterende direktør for teknologi. og Innovation hos Sylvester, der ledede undersøgelsen. Hun er seniorforfatter til et papir offentliggjort den 6. maj i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences .

Ved at fylde partiklen med to prodrugs, der er rettet mod mitokondrier, cellens energiproduktionscenter, viste forskerne, at deres metode kunne skrumpe bryst- og hjernetumorer i prækliniske undersøgelser.

"Jeg siger altid, at nanomedicin er fremtiden, men selvfølgelig har vi allerede været i den fremtid," sagde Dhar med henvisning til kommercielt tilgængelige COVID-19-vacciner, som bruger nanopartikler i deres formulering. "Nanomedicin er bestemt også fremtiden for kræftterapi."

Den nye metode bruger en nanopartikel lavet af en biologisk nedbrydelig polymer, som tidligere er udviklet af Dhars team, kombineret med to lægemidler, der også er udviklet i hendes laboratorium, og som tager sigte på kræftens energikilder. Fordi kræftceller ofte har en anden form for stofskifte end raske celler, kan kvælning af deres stofskifte være en effektiv måde at dræbe tumorer på uden at skade andet væv.

Et af disse lægemidler er en modificeret version af et klassisk kemoterapilægemiddel, cisplatin, som dræber kræftceller ved at beskadige DNA i hurtigt voksende celler, og effektivt standse deres vækst. Men tumorceller kan reparere deres DNA, hvilket nogle gange fører til cisplatinresistens.

Dhars team modificerede stoffet for at skifte dets mål fra nuklear DNA, det DNA, der udgør vores kromosomer og genom, til mitokondrielt DNA. Mitokondrier er vores cellers energikilder og indeholder deres egne, meget mindre genomer - og, hvad der er vigtigt for kræftterapeutiske formål, har de ikke det samme DNA-reparationsmaskineri, som vores større genomer har.

Fordi kræftceller kan skifte mellem forskellige energikilder for at opretholde deres vækst og spredning, kombinerede forskerne deres modificerede cisplatin, som de kalder Platin-M og angriber den energigenererende proces kendt som oxidativ phosphorylering, med et andet lægemiddel, de udviklede, Mito-DCA , der specifikt retter sig mod et mitokondrielt protein kendt som en kinase og hæmmer glykolyse, en anden slags energigenerering.

Dhar sagde, at det var en lang vej at udvikle en nanopartikel, der kan få adgang til hjernen. Hun har arbejdet på nanopartikler i hele sin selvstændige karriere, og i et tidligere projekt, der studerede forskellige former for polymerer, bemærkede forskerne, at en lille brøkdel af nogle af disse nanopartikler nåede hjernen i prækliniske undersøgelser. Ved at finpudse disse polymerer yderligere udviklede Dhars team en nanopartikel, der kan krydse både blod-hjerne-barrieren og den ydre membran af mitokondrier.

"Der har været mange op- og nedture for at finde ud af dette, og vi arbejder stadig på at forstå den mekanisme, hvormed disse partikler krydser blod-hjerne-barrieren," sagde Dhar.

Holdet testede derefter den specialiserede lægemiddelfyldte nanopartikel i prækliniske undersøgelser og fandt ud af, at de arbejder på at skrumpe både brysttumorer og brystkræftceller, der blev sået i hjernen for at danne tumorer der. Kombinationen af ​​nanopartikler og lægemiddel syntes også at være ikke-toksisk og forlængede overlevelsen signifikant i laboratorieundersøgelser.

Dernæst ønsker holdet at teste deres metode i laboratoriet til at replikere menneskelige hjernemetastaser tættere, måske endda ved hjælp af patient-afledte cancerceller. De ønsker også at teste stoffet i laboratoriemodeller af glioblastom, en særlig aggressiv hjernekræft.

"Jeg er virkelig interesseret i polymerkemi, og at bruge det til medicinske formål fascinerer mig virkelig," sagde Akash Ashokan, en ph.d.-studerende ved University of Miami, der arbejder i Dhars laboratorium og med-førsteforfatter på undersøgelsen sammen med doktorand Shrita Sarkar. "Det er fantastisk at se, at det anvendes til kræftbehandling."

Flere oplysninger: Dhar, Shanta, Samtidig målretning af perifere og hjernetumorer med en terapeutisk nanopartikel for at forstyrre metabolisk tilpasningsevne på begge steder, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2318119121. doi.org/10.1073/pnas.2318119121

Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences

Leveret af University of Miami Leonard M. Miller School of Medicine