MIT-ingenjörer har designat en ny typ av nanopartiklar för läkemedelsleverans som utnyttjar en egenskap som delas av nästan alla tumörer:De är surare än friska vävnader.

Sådana partiklar kan rikta in sig på nästan vilken typ av tumör som helst, och kan utformas för att bära praktiskt taget alla typer av läkemedel, säger Paula Hammond, medlem av David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research vid MIT och seniorförfattare till ett papper som beskriver partiklarna i tidskriften ACS Nano .

Liksom de flesta andra nanopartiklar som levererar läkemedel, de nya MIT -partiklarna är täckta i ett polymerskikt som skyddar dem från att brytas ned av blodomloppet. Dock, MIT -teamet, inklusive huvudförfattare och postdoktor Zhiyong Poon, utformade detta yttre lager för att falla av efter att ha kommit in i den lite surare miljön nära en tumör. Det avslöjar ytterligare ett lager som kan tränga igenom enskilda tumörceller.

I ACS Nano papper, som gick online 23 april, forskarna rapporterade att, hos möss, deras partiklar kan överleva i blodet i upp till 24 timmar, ackumuleras på tumörställen och kommer in i tumörceller.

Ett nytt mål

Den nya MIT -metoden skiljer sig från den som de flesta nanopartikeldesigners har tagit. Vanligtvis, forskare försöker rikta sina partiklar mot en tumör genom att dekorera dem med molekyler som binder specifikt till proteiner som finns på ytan av cancerceller. Problemet med den strategin är att det är svårt att hitta rätt mål - en molekyl som finns på alla cancerceller i en viss tumör, men inte på friska celler. Också, ett mål som fungerar för en typ av cancer kanske inte fungerar för en annan.

Hammond och hennes kollegor bestämde sig för att dra nytta av tumörens surhet, som är en biprodukt av dess förbättrade metabolism. Tumörceller växer och delar sig mycket snabbare än normala celler, och att metabolisk aktivitet förbrukar mycket syre, vilket ökar surheten. När tumören växer, vävnaden blir mer och mer sur.

För att bygga sina riktade partiklar, forskarna använde en teknik som kallas "lager-för-lager-montering." Detta innebär att varje lager kan skräddarsys för att utföra en specifik funktion.

När det yttre lagret (tillverkat av polyetylenglykol, eller PEG) bryts ner i tumörens sura miljö, ett positivt laddat mellanskikt avslöjas. Den positiva laddningen hjälper till att övervinna ett annat hinder för nanopartiklar:när partiklarna når en tumör, det är svårt att få dem att komma in i cellerna. Partiklar med en positiv laddning kan penetrera det negativt laddade cellmembranet, men sådana partiklar kan inte injiceras i kroppen utan en "kappa" av något slag eftersom de också skulle förstöra friska vävnader.

Nanopartiklarnas innersta lager kan vara en polymer som bär ett cancerläkemedel, eller en kvantpunkt som kan användas för avbildning, eller i stort sett allt annat som designern kanske vill leverera, säger Hammond, som är Bayer -professor i kemiteknik vid MIT.

Lager på lager

Andra forskare har försökt att designa nanopartiklar som utnyttjar tumörernas surhet, men Hammonds partiklar är de första som har testats framgångsrikt hos levande djur.

Jinming Gao, professor i onkologi och farmakologi vid University of Texas Southwestern Medical Center, säger att det är "ganska smart" att använda lager för lager för att skapa partiklar med ett skyddande lager som kan kasta när partiklarna når sina mål. ”Det är ett bra bevis på konceptet, Säger Gao, som inte ingick i forskargruppen. "Detta kan fungera som en allmän strategi för att rikta sur tumörmikromiljö för förbättrad läkemedelsleverans."

Forskarna planerar att vidareutveckla dessa partiklar och testa deras förmåga att leverera droger hos djur. Hammond säger att hon förväntar sig att det kan ta fem till tio års utveckling innan mänskliga kliniska prövningar kan börja.

Hammonds team arbetar också med nanopartiklar som kan bära flera nyttolaster. Till exempel, det yttre PEG -skiktet kan bära ett läkemedel eller en gen som skulle "prima" tumörcellerna för att vara mottagliga för ett annat läkemedel som bärs i partikelkärnan.