(PhysOrg.com)-Ett team av forskare i Kalifornien och Massachusetts har utvecklat en "cocktail" av olika partiklar i nanometerstorlek som samverkar i blodomloppet för att hitta, hålla fast vid och döda cancertumörer.

"Denna studie representerar det första exemplet på fördelarna med att använda ett kooperativt nanosystem för att bekämpa cancer, "sa Michael Sailor, professor i kemi och biokemi vid University of California, San Diego och huvudförfattaren till ett papper som beskriver resultaten, som publiceras i ett kommande nummer av Förfaranden från National Academy of Sciences . En tidig onlineversion av tidningen dök upp förra veckan.

I deras studie, UC San Diego -kemisterna, bioingenjörer vid MIT och cellbiologer vid UC Santa Barbara utvecklade ett system som innehåller två olika nanomaterial som bara är några nanometer stora, eller tusen gånger mindre än diametern på ett människohår, som kan injiceras i blodomloppet. Ett nanomaterial har utformats för att hitta och vidhäfta tumörer hos möss, medan det andra nanomaterialet tillverkades för att döda dessa tumörer.

Dessa forskare och andra hade tidigare utformat nanometerstora enheter för att fästa på sjuka celler eller leverera läkemedel specifikt till de sjuka cellerna samtidigt som de ignorerade friska celler. Men funktionerna hos dessa enheter, forskarna upptäckte, ofta i konflikt med varandra.

"Till exempel, en nanopartikel som är konstruerad för att cirkulera genom en cancerpatients kropp under en längre tid är mer benägna att stöta på en tumör, "sa Sangeeta Bhatia, en läkare, bioingenjör och professor i hälsovetenskap och teknik vid Koch Institute for Integrative Cancer Research vid MIT och en medförfattare till studien. "Dock, att nanopartikel kanske inte kan hålla sig till tumörceller när den väl hittar dem. Likaså, en partikel som är konstruerad för att klibba fast vid tumörer kanske inte kan cirkulera i kroppen tillräckligt länge för att möta en i första hand. "

När ett enda läkemedel inte fungerar hos en patient, en läkare kommer vanligtvis att administrera en cocktail som innehåller flera läkemedelsmolekyler. Den strategin kan vara mycket effektiv vid behandling av cancer, där motiveringen är att attackera sjukdomen på så många fronter som möjligt. Läkemedel kan ibland fungera tillsammans om en enda aspekt av sjukdomen, eller de kan attackera separata funktioner. I vilket fall, läkemedelskombinationer kan ge en större effekt än endera läkemedlet ensamt.

Att behandla tumörer med nanopartiklar har varit utmanande eftersom immunceller som kallas mononukleära fagocyter identifierar dem och tar bort dem från cirkulation, förhindra att nanomaterialen når sitt mål.

Ji-Ho Park, en doktorand i Sailor's UC San Diego -laboratorium, och Geoffrey von Maltzahn, en doktorand i Bhatias MIT -laboratorium, ledde ansträngningen att utveckla två distinkta nanomaterial som tillsammans skulle fungera för att övervinna detta hinder och andra. Den första partikeln är en guldnanorod "aktivator" som ackumuleras i tumörer genom att sippra genom dess läckande blodkärl. Guldpartiklarna täcker hela tumören och beter sig som en antenn genom att absorbera annars godartad infraröd laserstrålning, som sedan värmer upp tumören.

Efter att nanoroderna hade cirkulerat i blodomloppet hos möss som hade epiteliala tumörer i tre dagar, forskarna använde en svag laserstråle för att värma stavarna som fästes vid tumörerna. Detta sensibiliserade tumörerna, och forskarna skickade sedan in en andra typ av nanopartiklar, består av antingen järnoxid nanormaskar eller doxorubicin-laddade liposomer. Denna "responder" nanopartikel var belagd med en speciell inriktningsmolekyl specifik för den värmebehandlade tumören. Mycket av det arbetet gjordes i laboratoriet för Erkki Ruoslahti, cellbiolog och professor vid Burnham Institute for Medical Research vid UC Santa Barbara, och en annan medförfattare till studien.

"Tänk på dem som soldater som attackerar en fiendebas, "sade sjöman." Guldnanoroderna är specialstyrkorna, som kommer in först för att markera målet. Sedan flyger flygvapnet in för att leverera den laserstyrda bomben. Enheterna är utformade för att minimera säkerhetsskador på resten av kroppen. "

Medan en typ av nanopartikel förbättrar upptäckten av tumören, han sa, den andra är utformad för att döda tumören. Forskarna utformade en typ av responderpartikel med strängar av järnoxid, som de kallade "nanormaskar, "som visar sig starkt i en medicinsk magnetisk resonansavbildning, eller MRT, systemet. Den andra typen är en ihålig nanopartikel laddad med cancerläkemedlet doxorubicin. Med den läkemedelsladdade responderaren, forskarna visade i sina experiment att en tumör som växer i en mus kan stoppas och sedan krympa. "Nanormaskarna skulle vara användbara för att hjälpa det medicinska teamet att identifiera storleken och formen på en tumör hos en patient före operationen, medan de ihåliga nanopartiklarna kan användas för att döda tumören utan behov av kirurgi, "sade sjöman.

"Denna studie är viktig eftersom den är det första exemplet på en kombinerad, tvådelat nanosystem som kan producera ihållande minskning av tumörvolymen hos levande djur, "sade sjöman.