Illustration av en nanosvamppartikel. De röda ovalarna representerar läkemedelslasten som den bär och peptiderna fästa på ytan som länkar partikeln till ytan av en tumör avbildas i kemisk notation.
(PhysOrg.com) -- När den är laddad med ett läkemedel mot cancer, ett leveranssystem baserat på ett nytt material som kallas nanosvamp är tre till fem gånger effektivare för att minska tumörtillväxt än direkt injektion.
Det är slutsatsen i en artikel som publicerades i 1 juni-numret av tidskriften Cancerforskning .
"Effektiva riktade läkemedelstillförselsystem har varit en dröm under lång tid nu, men det har till stor del varit frustrerat av den komplexa kemin som är involverad, säger Eva Harth, biträdande professor i kemi vid Vanderbilt, som utvecklade tillförselsystemet för nanosvamp. "Vi har tagit ett betydande steg mot att övervinna dessa hinder."
Studien var ett samarbete mellan Harths laboratorium och det av Dennis E. Hallahan, en tidigare professor i strålningsonkologi vid Vanderbilt som nu är vid Washington University School of Medicine. Motsvarande författare är Harth och Roberto Diaz vid Emory University, som arbetade i Hallahanlaboratoriet när studierna gjordes.
För att visualisera Harths leveranssystem, tänk dig att göra små svampar som är ungefär lika stora som ett virus, fylla dem med ett läkemedel och fästa speciella kemiska "länkar" som binder företrädesvis till en egenskap som bara finns på ytan av tumörceller och sedan injicera dem i kroppen. De små svamparna cirkulerar runt kroppen tills de möter ytan av en tumörcell där de fastnar på ytan (eller sugs in i cellen) och börjar släppa sin kraftfulla last på ett kontrollerbart och förutsägbart sätt.
Riktade tillförselsystem av denna typ har flera grundläggande fördelar:Eftersom läkemedlet frisätts vid tumören istället för att cirkulera brett genom kroppen, det borde vara mer effektivt för en given dos. Det bör också ha färre skadliga biverkningar eftersom mindre mängder av läkemedlet kommer i kontakt med frisk vävnad.
"Vi kallar materialet nanosvamp, men det är egentligen mer som ett tredimensionellt nätverk eller ställning, " säger Harth. Ryggraden är en lång längd av polyester. Den blandas i lösning med små molekyler som kallas tvärbindare som fungerar som små gripkrokar för att fästa olika delar av polymeren tillsammans. Nettoeffekten är att bilda sfäriskt formade partiklar fyllda med hålrum där läkemedelsmolekyler kan lagras. Polyestern är biologiskt nedbrytbar, så det bryts ner gradvis i kroppen. Som det gör, den frisätter drogen den bär på ett förutsägbart sätt.
"Förutsägbar frisättning är en av de stora fördelarna med detta system jämfört med andra leveranssystem för nanopartiklar under utveckling, säger Harth. När de når sitt mål, många andra system lossar det mesta av sin drog på ett snabbt och okontrollerbart sätt. Detta kallas burst-effekten och gör det svårt att bestämma effektiva dosnivåer.
En annan stor fördel är att nanosvamppartiklarna är lösliga i vatten. Inkapsling av anticancerläkemedlet i nanosvampen tillåter användning av hydrofoba läkemedel som inte löser sig lätt i vatten. För närvarande, dessa läkemedel måste blandas med en annan kemikalie, kallas ett adjuvansreagens, som minskar läkemedlets effekt och kan ha negativa biverkningar.
Det är också möjligt att kontrollera storleken på nanosvamppartiklar. Genom att variera andelen tvärbindare till polymer, nanosvamppartiklarna kan göras större eller mindre. Detta är viktigt eftersom forskning har visat att läkemedelstillförselsystem fungerar bäst när de är mindre än 100 nanometer, ungefär djupet av groparna på ytan av en cd-skiva. Nanosvamppartiklarna som användes i den aktuella studien var 50 nanometer stora. "Förhållandet mellan partikelstorlek och effektiviteten hos dessa läkemedelstillförselsystem är föremål för aktiv undersökning, säger Harth.
Den andra stora fördelen med Harths system är den enkla kemin som krävs. Forskarna har utvecklat enkla, högutbyte "klickkemi"-metoder för att tillverka nanosvamppartiklarna och för att fästa länkarna, som är gjorda av peptider, relativt små biologiska molekyler byggda genom att länka aminosyror. "Många andra läkemedelstillförselsystem kräver komplicerad kemi som kommer att vara svår att skala upp för kommersiell produktion, men vi har hela tiden haft detta i åtanke, " säger Harth.
Målpeptiden som användes i djurstudierna utvecklades av Hallahan-laboratoriet, som också testade systemets effektivitet i tumörbärande möss. Peptiden som används i studien är en som selektivt binder till tumörer som har behandlats med strålning.
Läkemedlet som användes för djurstudierna var paklitaxel (det generiska namnet på läkemedlet Taxol) som används vid cancerkemoterapi. Forskarna registrerade svaret från två olika tumörtyper - långsamt växande bröstcancer hos människa och snabbverkande musgliom - på enstaka injektioner. I båda fallen fann de att det ökade cancercellernas död och försenade tumörtillväxt "på ett sätt som är överlägset att känna till kemoterapimetoder."
Nästa steg är att utföra ett experiment med upprepade injektioner för att se om nanosvampsystemet kan stoppa och vända tumörtillväxt. Harth planerar också att utföra de mer omfattande toxicitetsstudier på hennes tillförselsystem för nanopartiklar som krävs innan det kan användas i kliniska prövningar.
