Även om riktade nanopartikelbaserade avbildningsmedel och terapier för att diagnostisera och behandla cancer är på väg till och genom den kliniska prövningsprocessen, forskarna har fortfarande inte en bra förståelse för hur nanopartiklar når tumörer och hur de sedan binder till och går in i den riktade tumören. För att övervinna denna kunskapsbrist, två team av utredare, båda delar av Alliance for Nanotechnology in Cancer har genomfört studier som syftar till att spåra nanopartiklar när de rör sig genom levande djur.
I en studie, ett team av utredare vid Stanford University använde kvantprickar för att studera hur nanopartiklar färdas genom tumörblodkärl hos levande testpersoner, binder till molekylära mål på ytan av dessa blodkärl, och sedan resa ut ur blodomloppet och in i själva tumören. Sanjiv Sam Gambhir, meddirektör för ett av nio National Cancer Institute (NCI) Centers of Cancer Nanotechnology Excellence, ledde denna studie. Han och hans kollegor publicerade sina resultat i tidskriften Små . I en andra studie, publiceras i tidskriften ACS Nano , Alliansens utredare Dong Shin, Mostafa El-Sayed, och Shuming Nie från Emory University och Georgia Institute of Technology använde riktade guldnanokristaller för att studera både aktiv och passiv inriktning av tumörer.
I Stanford-studien, Dr Gambhir och hans medarbetare utnyttjade möjligheterna med intravital mikroskopi, en teknik som gör det möjligt för forskare att se ljust fluorescerande markörer genom ett levande djurs hud i realtid. I denna serie av experiment, Stanford-teamet undersökte handel med nanopartiklar i möss där en mängd olika typer av tumörer fick växa i djurens öron. För den fluorescerande markören, utredarna använde en nära-infraröd utsändande kvantpunkt kopplad till RGD, en molekyl som är känd för att binda hårt till ett protein som finns på ytan av blodkärlen som omger tumörer.
Till deras förvåning, forskarna fann att oavsett vilken typ av tumör som studerades, nanopartikelbindning inträffade endast när aggregat av partiklar - inte enstaka partiklar - kunde binda sig till flera, diskreta platser i en tumör. Forskarna kunde inte upptäcka någon signifikant bindning när de upprepade dessa experiment med kvantprickar som saknade RGD-målmolekylen. Utredarna fann också att bindningshastigheter och bindningsmönster var konsekventa över alla tumörtyper, ett betryggande fynd med tanke på den naturliga heterogenitet som kännetecknar mänskliga cancerformer.
Även om bindningsförmågan verkar vara oberoende av tumörtyp, detsamma kan inte sägas om extravasation, dvs. transiteringen av en nanopartikel ut ur blodomloppet och in i en tumör. Forskarna noterade i sin uppsats att det är troligt att nanopartikelns form och storlek kommer att spela en avgörande roll för att bestämma hur en given nanopartikel kommer att extravasera in i varje särskild typ av tumör.
Under tiden, Emory-Georgia Tech-teamet använde stavformade guldnanokristaller kopplade till tumörinriktade peptider för att utforska leveransmekanismerna som gör det möjligt för nanopartiklar att ackumuleras i tumörer. Utredarna använde guldnanopartiklar så att de kunde kvantifiera antalet nanopartiklar som når tumörer och andra vävnader. Guld förekommer inte naturligt hos däggdjur, så allt guld som upptäckts i en given tumör eller vävnad med den mycket känsliga och exakta tekniken som kallas elementär masspektrometri måste ha kommit från guldnanopartiklar.
För att genomföra sina experiment, utredarna skapade tre formuleringar genom att fästa en av tre tumörinriktade molekyler på ytan av guldnanoroderna. De injicerade sedan nanopartiklarna i djur som bar implanterade mänskliga tumörer, lät nanopartiklarna cirkulera genom kroppen, och mätte mängden guld som ackumulerades i de implanterade tumörerna och andra vävnader. Forskarna upprepade också detta experiment med oriktade guldnanopartiklar. Resultaten var överraskande eftersom målmolekylerna endast marginellt ökade mängden guld som ackumulerades i tumörer.
Forskarna drog slutsatsen att guldnanopartiklar utformade för att användas i fototermisk anticancerterapi bör injiceras direkt i tumörer snarare än via intravenös administrering för att uppnå den största koncentrationen av guld i tumörer. De noterade också i sin uppsats att dessa experiment tyder på att målbindning inte är det hastighetsbegränsande steget för leverans av nanopartiklar, utan snarare att transport ut ur blodomloppet och in i tumörer är den största barriären för ackumulering av nanopartiklar i tumörer.
