En enkelt dosis urinstofdrevne nanorobotter reducerer blæretumorer med 90 % i museundersøgelse
Blærekræft har en af de højeste forekomster i verden og rangerer som den fjerde mest almindelige tumor hos mænd. På trods af dens relativt lave dødelighed genopstår næsten halvdelen af blæretumorer inden for 5 år, hvilket kræver løbende patientovervågning. Hyppige hospitalsbesøg og behovet for gentagne behandlinger bidrager til at gøre denne type kræft til en af de dyreste at helbrede.
Mens nuværende behandlinger, der involverer direkte lægemiddeladministration i blæren, viser gode overlevelsesrater, forbliver deres terapeutiske effektivitet lav. Et lovende alternativ involverer brugen af nanopartikler, der er i stand til at levere terapeutiske midler direkte til tumoren. Navnlig er nanorobotter - nanopartikler udstyret med evnen til selv at køre i kroppen - bemærkelsesværdige.
Nu er en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature Nanotechnology afslører, hvordan et forskerhold med succes reducerede størrelsen af blæretumorer hos mus med 90 % gennem en enkelt dosis urinstofdrevne nanorobotter.
Disse bittesmå nanomaskiner består af en porøs kugle lavet af silica. Deres overflader bærer forskellige komponenter med specifikke funktioner. Blandt dem er enzymet urease, et protein, der reagerer med urinstof, der findes i urinen, hvilket gør det muligt for nanopartiklerne at drive sig selv frem. En anden afgørende komponent er radioaktivt jod, en radioisotop, der almindeligvis anvendes til lokaliseret behandling af tumorer.
Forskningen, ledet af Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC) og CIC biomaGUNE i samarbejde med Institute for Research in Biomedicine (IRB Barcelona) og Autonomous University of Barcelona (UAB), baner vejen for innovative blærekræftbehandlinger. Disse fremskridt har til formål at reducere længden af hospitalsindlæggelse og dermed indebære lavere omkostninger og øget komfort for patienterne.
"Med en enkelt dosis observerede vi et fald på 90 % i tumorvolumen. Dette er væsentligt mere effektivt, da patienter med denne type tumor typisk har 6 til 14 hospitalsaftaler med nuværende behandlinger. En sådan behandlingstilgang ville øge effektiviteten og reducere længden af hospitalsindlæggelse og behandlingsomkostninger," forklarer Samuel Sánchez, ICREA forskningsprofessor ved IBEC og leder af undersøgelsen.
Det næste skridt, som allerede er i gang, er at afgøre, om disse tumorer kommer igen efter behandling.
En fantastisk rejse ind i blæren
I tidligere forskning bekræftede forskerne, at nanorobotternes selvfremdriftskapacitet tillod dem at nå alle blærevægge. Denne funktion er fordelagtig sammenlignet med den nuværende procedure, hvor patienten efter indgivelse af behandling direkte i blæren skal skifte stilling hver halve time for at sikre, at lægemidlet når alle vægge.
Denne nye undersøgelse går videre ved at demonstrere ikke kun mobiliteten af nanopartikler i blæren, men også deres specifikke akkumulering i tumoren. Denne præstation blev muliggjort af forskellige teknikker, herunder medicinsk positron emission tomografi (PET) billeddannelse af musene, samt mikroskopibilleder af væv fjernet efter afslutning af undersøgelsen. Sidstnævnte blev fanget ved hjælp af et fluorescensmikroskopisystem udviklet specifikt til dette projekt på IRB Barcelona. Systemet scanner de forskellige lag af blæren og giver en 3D-rekonstruktion, der derved muliggør observation af hele organet.
"Det innovative optiske system, som vi har udviklet, gjorde det muligt for os at eliminere det lys, der reflekteres af selve tumoren, hvilket gjorde det muligt for os at identificere og lokalisere nanopartikler i hele organet uden forudgående mærkning, med en hidtil uset opløsning. Vi observerede, at nanorobotterne ikke kun nåede tumoren men gik også ind i det og forstærkede derved virkningen af det radioaktive lægemiddel," forklarer Julien Colombelli, leder af Advanced Digital Microscopy-platformen hos IRB Barcelona.
Det var en udfordring at afkode, hvorfor nanorobotter kan trænge ind i tumoren. Nanorobotter mangler specifikke antistoffer til at genkende tumoren, og tumorvæv er typisk stivere end sundt væv.
"Men vi observerede, at disse nanorobotter kan nedbryde tumorens ekstracellulære matrix ved lokalt at øge pH-værdien gennem en selvkørende kemisk reaktion. Dette fænomen favoriserede større tumorgennemtrængning og var gavnligt til at opnå præferenceakkumulering i tumoren," forklarer Meritxell Serra Casablancas, medførsteforfatter af undersøgelsen og IBEC-forsker.
Således konkluderede forskerne, at nanorobotterne kolliderer med urothelium, som om det var en væg, men i tumoren, som er mere svampet, trænger de ind i tumoren og akkumuleres indeni. En nøglefaktor er nanobotternes mobilitet, hvilket øger sandsynligheden for at nå tumoren.
Derudover, ifølge Jordi Llop, en forsker ved CIC biomaGUNE og medleder af undersøgelsen, "den lokaliserede administration af nanorobotterne, der bærer radioisotopen, reducerer sandsynligheden for at generere bivirkninger, og den høje akkumulering i tumorvævet favoriserer det radioterapeutiske middel. effekt."
"Resultaterne af denne undersøgelse åbner døren for brugen af andre radioisotoper med en større kapacitet til at fremkalde terapeutiske virkninger, men hvis anvendelse er begrænset, når de administreres systemisk," tilføjer Cristina Simó, medforfatter af undersøgelsen.
Års arbejde og et spin-off
Undersøgelsen konsoliderer resultaterne af over tre års samarbejde mellem forskellige institutioner. En del af dataene stammer fra doktorafhandlingerne af Meritxell Serra og Ana Hortelao, begge forskere i IBEC's Smart nano-bio-enheder gruppe, ledet af Sánchez.
Det inkluderer også afhandlingen af Cristina Simó, medførsteforfatter af undersøgelsen, som udførte sin prædoktorale forskning i Radiochemistry and Nuclear Imaging Lab ledet af Jordi Llop ved CIC biomaGUNE. Ekspertisen hos Esther Juliáns gruppe ved UAB i dyremodellen af sygdommen er et yderligere bidrag.
Teknologien bag disse nanorobotter, som Samuel Sánchez og hans team har udviklet i over syv år, er for nylig blevet patenteret og fungerer som grundlaget for Nanobots Therapeutics, en spin-off af IBEC og ICREA etableret i januar 2023.
Virksomheden, grundlagt af Sánchez, fungerer som en bro mellem forskning og klinisk anvendelse. "At sikre robuste midler til spin-off'en er afgørende for at fortsætte med at fremme denne teknologi og, hvis alt går vel, bringe den til markedet og samfundet. I juni, blot fem måneder efter oprettelsen af Nanobots Tx, lukkede vi med succes den første runde af finansiering, og vi er begejstrede for fremtiden," siger Sanchez.
-
Blæretumorlokalisering gennem magnetisk resonansbilleddannelse og akkumulering af nanorobotter i tumoren, kvantificeret ved positronemissionstomografi (PET). Kredit:CIC biomaGUNE -
90 % reduktion i tumorstørrelse efter behandling af kræft med nanorobotter. Kredit:CIC biomaGUNE
Teknologisk innovation inden for mikroskopi til lokalisering af nanorobotter
Arbejdet med nanorobotter har udgjort en betydelig videnskabelig udfordring i biobilledteknikker til at visualisere disse elementer i væv og selve tumoren. Almindelige ikke-invasive kliniske teknikker, såsom PET, mangler den nødvendige opløsning til at lokalisere disse meget små partikler på et mikroskopisk niveau.
Derfor brugte den videnskabelige mikroskopiplatform ved IRB Barcelona en mikroskopiteknik, der brugte et ark laserlys til at belyse prøver, hvilket muliggjorde erhvervelse af 3D-billeder gennem lysspredning ved interaktion med væv og partikler.
Efter observation af, at tumoren selv spredte en del af lyset og genererede interferens, udviklede forskerne en ny teknik baseret på polariseret lys, der udelukker al spredning fra tumorvævet og -cellerne. Denne innovation muliggør visualisering og placering af nanorobotter uden behov for forudgående tagging med molekylære teknikker.
Flere oplysninger: Samuel Sánchez et al., Radionuklidterapi med akkumulerede urease-drevne nanobots reducerer blæretumorstørrelsen i en ortotopisk murin model, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01577-y
Journaloplysninger: Naturenanoteknologi
Leveret af Institute for Bioengineering of Catalonia
Varme artikler
-
Optrævling af magnetismen i en trekantet grafenflageKredit:Elhuyar Fundazioa Grafen er et diamagnetisk materiale, dette er, ude af stand til at blive magnetisk. Imidlertid, et trekantet stykke grafen forudsiges at være magnetisk. Denne tilsyneladen -
Carbon nanorørfibre skaber overlegne forbindelser til hjernenPar carbon nanorørfibre er testet til potentiel brug som implanterbare elektroder til behandling af patienter med neurologiske lidelser som Parkinsons sygdom. Fibrene opfundet på Rice University viste -
Nano-software tilbyder forbedret beskyttelse til både arbejdere og industriMens viden om de potentielle miljø- og sundhedsrisici ved fremstillede nanomaterialer fortsat er begrænset, partnere involveret i det EU-finansierede SUN-projekt har ikke desto mindre forsøgt at udvik -
Udvikling af verdens mindste tandhjulKredit:Friedrich–Alexander University Erlangen–Nurnberg Stadig mindre og mere indviklet – uden miniaturisering ville vi ikke have de komponenter i dag, der kræves til højtydende bærbare computere,
- Bilags grafen fungerer som en isolator
- Hvad er begrænsningerne af kovalente og metalliske gitter?
- Hvordan vejnettet bestemmer trafikkapaciteten
- Registrering af 5-MeV-protoner ved hjælp af en fleksibel organisk tyndfilm-enhed
- Er det sikkert at centrifugere bladgrønt i en vaskemaskine?
- Retsmedicinsk regnskab kan forudsige fremtidig fødevaresvindel