Att förpacka läkemedel mot cancer i partiklar av kemiskt modifierad kiseldioxid förbättrar läkemedlens förmåga att bekämpa hudcancer hos möss, enligt ny forskning. Resultat publicerade 3 maj i Journal of the American Chemical Society online visa att de bikakeformade partiklarna kan hjälpa antikroppar mot cancer att förhindra tumörtillväxt och förlänga livet för möss.

"Vi är mycket glada över våra preliminära resultat, " sa biokemisten Chenghong Lei vid Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory, del av teamet av PNNL och University of Washington forskare. "Vi planerar att göra ytterligare, större studier med djur. Vi hoppas att resultaten håller tillräckligt bra för att ta det till kliniska prövningar någonstans på vägen."

Antikroppar mot cancer är några av de mest lovande typerna av cancerterapier. Antikropparna riktar sig mot ett visst protein på cancerceller och - på ett dåligt förstått sätt - dödar cellerna. Exempel är herceptin för en form av bröstcancer och cetuximab för tjocktarmscancer.

Till skillnad från att ta ett piller, dock, antikroppsbaserade behandlingar kräver att patienterna går in för intravenösa dropp i armen. Dessa sessioner kostar tid och pengar, och exponera frisk vävnad för antikroppen, orsakar biverkningar.

Förpackning av antikroppar till partiklar skulle koncentrera dem vid tumören och eventuellt minska biverkningar. Annan forskning har visat att kisel tolereras väl av celler, djur och människor. Så, i samarbete med tumörbiolog Karl Erik Hellströms grupp vid UW, forskarna undersökte partiklar gjorda av material som kallas mesoporös kiseldioxid mot cancer hos möss.

"Kiselns mesoporösa natur ger bikakeliknande strukturer som kan packa massor av individuella läkemedelsmolekyler, " sa PNNL materialforskare Jun Liu. "Vi har undersökt materialet för våra energi- och miljöproblem, men det verkade som en naturlig passform för läkemedelstillförsel."

I tidigare arbeten, laget skapade partiklar som innehåller hexagonala porer i nanostorlek som håller antikroppar, enzymer eller andra proteiner. Dessutom, Att pryda kiseldioxidporerna med små kemiska grupper hjälper till att fånga proteiner inuti. Men inte permanent - dessa proteiner läcker långsamt ut som en kapsel som frigörs.

Forskarna ville testa om anti-cancerantikroppar förpackade i modifierad mesoporös kiseldioxid skulle vara effektivare mot tumörer än friflytande antikroppar.

Att göra så, de först kemiskt modifierade mesoporösa kiseldioxidpartiklar på cirka sex till 12 mikrometer (cirka 1/10 av diametern på människohår). Dessa partiklar innehöll porer på cirka 30 nanometer i diameter. De fann att omfattningen och valet av kemisk modifiering - amin, karboxylsyra- eller sulfonsyragrupper - bestämde hur snabbt antikropparna läckte ut, en egenskap som kan utnyttjas för att finjustera partiklar till olika droger.

Ytterligare biokemiska tester visade att antikropparna som frigjordes från kiselburarna verkade vara strukturellt sunda och fungerade korrekt.

De testade sedan partiklarna i mustumörer vid UW, fylla dem med en antikropp som kallas anti-CTLA4 som bekämpar många cancerformer, inklusive melanom, en hudcancer. Teamet injicerade dessa förpackade antikroppar i mustumörer. Teamet injicerade också antikroppar ensamma eller tomma partiklar i andra möss med tumörer.

De förpackade antikropparna bromsade tillväxten av tumörer bäst. Behandlingen startade när tumörerna var cirka 27 kubikmillimeter. Obehandlade tumörer växte till 200 kubikmillimeter cirka 5 dagar efter behandling. Tumörer behandlade med enbart antikroppar nådde 200 kubikmillimeter dag 9, visar att antikroppar bromsar tumörtillväxt. Men tumörer behandlade med förpackade antikroppar nådde inte 200 kubikmillimeter förrän dag 30, en signifikant förbättring jämfört med enbart antikroppar.

Teamet upprepade experimentet och fann att behandlingen också förlängde livet för sjuka möss. Av fem möss som hade behandlats med enbart partiklar, alla dog inom 21 dagar efter behandlingen. Men av fem möss som behandlats med de förpackade antikropparna, tre levde fortfarande vid 21 dagar, och två vid 34 dagar, när experimentet avslutades.

Teamet mätte också hur mycket antikroppar som fanns kvar i tumörerna. Två och fyra dagar efter injektionen, forskarna hittade betydligt mer antikroppar i tumörer när antikropparna hade inneslutits i kiseldioxidpartiklarna än när antikropparna hade injicerats ensamma.

Teamet testar andra antikropp-cancerpar i möss, speciellt andra cancerformer som bildar solida tumörer som bröstcancer. De kommer också att utforska hur antikropparna som levereras på detta sätt inducerar immunsystemet att bättre bekämpa cancer.

"Vi vill förstå mekanismen, eftersom man inte vet mycket om hur de långsamt läckande antikropparna inducerar förändringar i immunsystemet eller i tumörens mikromiljö, sa Hellström.