(PhysOrg.com) -- För ungefär fem år sedan, Professor Janet Sawicki vid Lankenau Institute i Pennsylvania läste en artikel om nanopartiklar utvecklade av MIT:s Robert Langer för genterapi, införandet av gener i levande celler för behandling av sjukdomar. Sawicki arbetade med att behandla äggstockscancer genom att leverera - genom virus - genen för difteritoxinet, som dödar tumörceller.

"Jag hade arbetat med adenovirus för att leverera DNA, och jag stötte på några problem med att använda dem, säger Sawicki. "Problemet med virus är att de kan producera ett allvarligt immunsvar i värden, som kan vara dödligt."

Efter att ha läst om nanopartiklarna, Sawicki mejlade Langer, en MIT Institute Professor och kemiingenjör, för att fråga om att starta ett genterapiprojekt med nanopartiklarna. "Jag trodde att de skulle vara perfekta för det jag försökte göra, " minns hon. Det resulterande samarbetet har lett till en lovande potentiell behandling för äggstockscancer, en av de dödligaste formerna av cancer. Den här sommaren, de två laboratorierna rapporterade att den nanopartikellevererade genterapin framgångsrikt undertryckte äggstockstumörtillväxt hos möss.

Nanopartiklarna, gjorda av biologiskt nedbrytbara polymerer, erbjuda en chans att övervinna ett av de största hindren för att förverkliga löftet om genterapi:De virus som ofta används för att föra in gener i kroppen kan utsätta patienter för fara. Vidare, partiklarna som skapas i Langers labb konkurrerar nu med virusens effektivitet när det gäller att leverera sin DNA-nyttolast.

Fler tester behövs för att bekräfta partiklarnas säkerhet hos människor, men eftersom de är syntetiska, det är mindre chans att de kommer att provocera fram ett skadligt immunsvar, säger Daniel Andersson, en forskare i Langers labb.

Ett konstgjort virus

Det finns nästan 1, 000 kliniska prövningar pågår i USA med genterapi, för sjukdomar inklusive cancer, kardiovaskulära sjukdomar och neurologiska störningar. Dock, inga genterapibehandlingar har godkänts i USA.

Virus, den mest använda genleveransvehikeln, är ett logiskt val, eftersom virus är byggda för att injicera sitt eget DNA i värdceller. Men efter att en gymnasieelev dog 1999 skrevs in i en genterapistudie vid University of Pennsylvania, vissa forskare bytte fokus till icke-virala bärare.

Anderson startade nanopartikelprojektet i Langers labb för cirka 10 år sedan, kort efter avslutad doktorsexamen i bakteriell DNA-reparation. Även om Anderson fann sitt avhandlingsämne "vetenskapligt intressant, det hade inte en känsla av omedelbar effekt för mig. Jag ville se om jag kunde komma närmare medicin.” Han tog hjälp av kemisten David Lynn, en postdoktor i Langers labb, nu professor vid University of Wisconsin, att bygga långa kedjor av biologiskt nedbrytbara polymerer (stora molekyler som består av upprepade subenheter) som kallas poly(beta-aminoestrar).

När dessa syntetiska polymerer blandas med DNA, de samlas spontant för att bilda nanopartiklar. Polymer-DNA-komplexet kan fungera som ett konstgjort virus, levererar funktionellt DNA när det injiceras i eller nära målvävnaden.

Det finns oändliga möjliga sekvenser för sådana polymerer, och små variationer kan göra en polymer mer eller mindre effektiv på att leverera DNA. Anderson och andra i Langers labb har utvecklat ett sätt att automatisera både produktionen av ett stort antal partiklar med små variationer och de screeningstekniker som används för att bestämma partiklarnas effektivitet.

"Istället för att försöka göra den perfekta polymeren, vi tjänar tusentals, säger Andersson. Det ökar oddsen för att forskarna kommer att träffa en nanopartikel som gör vad de vill.

"Om du kan prova en eller två saker var sjätte månad, det kan ta ett tag att hitta något som fungerar. Men om du kan prova tiotusentals saker, dina chanser att lyckas är mycket större, och det är sant för alla ställen, säger Langer.

Att förbättra effektiviteten

En nackdel med icke-virala vektorer är att de inte är lika effektiva som virus när det gäller att integrera sin DNA-nyttolast i målcellens genom, säger Leaf Huang, professor vid School of Pharmacy vid University of North Carolina. Dock, under de senaste åren, advances by Langer and others have improved that efficiency by several orders of magnitude.

“Non-viral vectors are now comparable to viral vectors, i vissa fall, ” says Huang, whose research focuses on delivering genes surrounded by a fatty membrane. “They have come a long way compared to 10 years ago.”

Both viral and non-viral methods could eventually prove useful and safe, says gene therapy researcher Katherine High, who is part of a team that recently used viral gene therapy to restore some sight to children suffering from a congenital retinal disease.

“It’s been a slow road, ” says High, a professor at the University of Pennsylvania Medical School, but over the past 20 years scientists have made much progress in managing the safety issues posed by viral vectors.

The ovarian cancer treatment developed at MIT and the Lankenau Institute has been successful in animal studies but is not yet ready for clinical trials. Such trials could get under way in a year or two, says Anderson. Under tiden, he and others in Langer’s lab are exploring other uses for their nanoparticles. Förra månaden, the researchers reported using the particles to boost stem cells’ ability to regenerate vascular tissue (such as blood vessels) by equipping them with genes that produce extra growth factors.

“We’ve had success with gene delivery using these nanoparticles, so we thought they might be a safer, temporary way to modify stem cells, ” says Anderson.

Provided by Massachusetts Institute of Technology (news :web)