En av utmaningarna med att använda nanopartiklar för att avbilda tumörer under operation är att det måste finnas en avvägning mellan antalet nanopartiklar som riktar sig mot en tumör och det snabba bortfallet av obundna nanopartiklar från kroppen. Ett stort antal nanopartiklar som fäster tätt mot en tumör kommer att ge en ljus signal som kan hjälpa en kirurg att upptäcka kanterna på den maligna vävnaden, men bara om bakgrundssignalen från obundna nanopartiklar - de som cirkulerar fritt genom kroppen - inte är för hög.
Nu, ett team av utredare har utvecklat en uppsättning designregler som kan optimera den avvägningen, producerar nanopartiklar som har störst chans att binda till en tumör men som snabbt försvinner genom njurarna när de inte hittar sitt mål. Laget, ledd av John Frangioni, från Beth Israel Deaconess Medical Center, och Moungi Bawendi, från Massachusetts Institute of Technology och medlem i MIT-Harvard Center of Cancer Nanotechnology Excellence, publicerade resultaten av sitt arbete i tidskriften Naturens nanoteknik .
I tidigare arbeten, utredarna hade funnit att njurarna effektivt filtrerar bort nanopartiklar i blodomloppet med en diameter på cirka 5,5 nanometer (nm) och som är zwitterjoniska, det vill säga de har både positiva och negativa laddningar på sin yta. Forskarna utvecklade också ultrasmå, zwitterjoniska, starkt fluorescerande nanopartiklar som består av en zink-kadmiumsulfidkärna omgiven av ett kadmiumselenidskal och en cysteinbeläggning.
I den här studien, utredarna kopplade ett av två tumörmålsökande medel till cysteinbeläggningen och testade förmågan hos de två formuleringarna att rikta in sig på tumörer och ändå rensas från cirkulationen. Medan det vanliga tillvägagångssättet för att utveckla riktade nanopartiklar har varit att lägga till ett så stort antal målmolekyler som möjligt för att öka sannolikheten för att fastna i målvävnaden, forskarna fann att de bara kunde lägga till mellan fem och tio målmolekyler utan att öka den totala storleken på nanopartikeln över gränsen på 5,5 nm. Lika viktigt, de fann också att nanopartiklar framställda på detta sätt inte binder till blodströmsproteiner, vilket skulle ha resulterat i att den totala storleken på nanopartiklarna ökat.
Tester på djur som använde odlade celler visade att användning av till och med ett relativt lågt antal målmolekyler producerade nanopartiklar som kan binda tätt till riktade tumörceller. Biodistributionsstudier visade att nanopartiklarna ackumulerades i riktade tumörer, där de kunde avbildas, men inte i levern, mjälte, och lungor, vävnader som ofta ackumulerar cirkulerande nanopartiklar. Obundna nanopartiklar utsöndrades genom njurarna, som förutspått, inom 4 timmar. Fyra timmars godkännande är viktigt eftersom det betyder att i praktiken en patient som är schemalagd för tumörborttagande operation kan få en dos av nanopartiklarna när han först anländer till sjukhuset och att bakgrundsnivåerna av obundna nanopartiklar skulle vara nära noll när kirurgen behövde avbilda märkta tumörer.
Detta jobb, som beskrivs i en artikel med titeln "Designöverväganden för tumörinriktade nanopartiklar, "stöddes delvis 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. Ett sammandrag av denna artikel finns på tidskriftens webbplats.
