Ett team av forskare från två av National Cancer Institutes Centers of Cancer Nanotechnology Excellence har gått samman för att utveckla en "cocktail" av olika nanometerstora partiklar som samverkar i blodomloppet för att lokalisera, fästa vid och döda cancertumörer.
Detta jobb, som leddes av Michael Sailor, Ph.D., från Center of Nanotechnology for Treatment, Förståelse, och övervakning av cancer (NANO-TUMOR) vid University of California, San Diego, och Sangeeta Bhatia, M.D., Ph.D., från MIT-Harvard Center of Cancer Nanotechnology Excellence.
"Denna studie representerar det första exemplet på fördelarna med att använda ett kooperativt nanosystem för att bekämpa cancer, sade Dr. Sailor om arbetet som publicerades i Förfaranden från National Academy of Sciences .
I deras studie, utredarna utvecklade ett system som innehåller två olika nanomaterial som kan injiceras i blodomloppet. Ett nanomaterial utformades för att hitta och fästa vid tumörer hos möss och sedan sensibilisera tumörceller för den andra nanopartikeln, som dödar tumörerna. Dessa forskare och andra hade tidigare utformat enheter i nanometerstorlek 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, " sade doktor Bhatia. "Men, att nanopartikel kanske inte kan hålla sig till tumörceller när den väl hittar dem. Likaså, en partikel som är konstruerad för att fästa tätt på tumörer kanske inte kan cirkulera i kroppen tillräckligt länge för att möta en i första hand."
När ett enda läkemedel inte fungerar på 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 samverka på en enskild aspekt av sjukdomen, eller så kan de attackera separata funktioner. I vilket fall, läkemedelskombinationer kan ge en större effekt än endera läkemedlet ensamt, och det är samma upptäckt som utredarna gjorde med sin nanopartikelcocktail.
Ji-Ho Park, en doktorand i Dr. Sailor's UC San Diego -laboratorium, och Geoffrey von Maltzahn, en doktorand i Dr. Bhatias MIT-laboratorium, ledde ansträngningen att utveckla två distinkta nanomaterial som skulle samverka för att övervinna det hindret och andra. Den första partikeln är en guld nanorod "aktivator" som ackumuleras i tumörer genom att sippra genom deras läckande blodkärl. Guldpartiklarna täcker hela tumören och beter sig som en antenn och absorberar annars godartad infraröd laserstrålning, som sedan värmer upp tumören. Forskarna fann att när en tumörs temperatur steg, det uttryckte ett protein, känd som p32, på tumörcellsytor. Utredarna utnyttjade detta fynd genom att inkludera ett inriktningsmedel som binder tätt till p32 på utsidan av en sekund, "responder" nanopartikel. Mycket av arbetet med att utveckla p32-målmedlet gjordes i Erkki Ruoslahtis laboratorium, M.D., Ph.D., från Burnham Institute for Medical Research vid UC Santa Barbara och en medlem av NANO-TUMOR-centret.
Responderande nanopartiklar bestod av antingen järnoxid-nanormaskar eller doxorubicin-laddade liposomer. Medan en typ av svarande nanopartikel förbättrar upptäckten av tumören, Dr Sailor förklarade, den andra är utformad för att döda tumören. Järnoxidnanomaskarna dyker upp ljust i en medicinsk magnetisk resonanstomografi, eller MRI, systemet. Den andra typen är en ihålighet, lipidbaserad nanopartikel laddad med anticancerläkemedlet doxorubicin. Med den drogladdade respondern, forskarna visade i sina experiment att en tumör som växer i en mus kan arresteras 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 operation, sa sjöman.
"Denna studie är viktig eftersom den är det första exemplet på en kombinerad, tvådelat nanosystem som kan producera varaktig minskning av tumörvolymen hos levande djur, sa sjöman.
Detta jobb, som beskrivs i en artikel med titeln, "Kooperativt nanomaterialsystem för att sensibilisera, mål, och behandla tumörer, " fick stöd av NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, ett omfattande initiativ utformat för att påskynda tillämpningen av nanoteknik för att förebygga, diagnos, och behandling av cancer. En sammanfattning av denna artikel finns tillgänglig på tidskriftens webbplats.
