(PhysOrg.com) - En uppfinning av forskare från University of Arizona kan ge ett sätt att leverera kemoterapeutiska läkemedel till cancervävnader i kontrollerade doser utan att skada friska kroppsceller.

Forskare från University of Arizona kan ha hittat ett sätt att leverera kemoterapeutiska läkemedel till cancervävnader i kontrollerade doser utan att skada friska kroppsceller.

Om det lyckas, uppfinningen av guldbelagda liposomer kan göra kemoterapi mer effektivt för att förstöra cancerceller och lindra de skadliga biverkningarna som kan uppstå vid behandlingen.

Uppfinningen av Marek Romanowski, docent vid institutionen för biomedicinsk teknik vid College of Engineering vid UA, och hans labbteam har inget silverfoder. Bättre:Den har ett foder av guld. Hemligheten för att icke-invasivt kontrollera frisättningen av kemoterapeutiska läkemedel ligger i nanoskala kapslar gjorda av lipider och belagda med ett fint lager av guld.

Kemoterapeutiska läkemedel är ibland inneslutna i små kapslar som kallas liposomer, som är gjorda av organiska lipider som redan finns i mänskliga celler. Lipidinneslutningen hindrar kroppens immunsystem från att attackera den främmande molekylen innan den kan leverera läkemedlet.

När den väl släppts ut i blodet, läkemedelsbärande liposomer ackumuleras runt en cancertumör på grund av en egenskap som kallas läckande kärl:Tumörceller har extra öppningar till blodkärlen för att ta upp näringsämnen som transporteras i blodomloppet, vanligtvis för att de försöker växa snabbare än vanliga celler. Det extra blodflödet innebär att fler näringsämnen, och även fler liposomer, sannolikt kommer att ackumuleras i tumörcellerna där de så småningom bryts ner och släpper ut läkemedlet i cellerna, som leder till celldöd.

De mycket giftiga läkemedlen som används för kemoterapi förstör cancerceller, men utan något sätt att skilja på celltyper, de kan också skada friska celler. Denna skada på kroppens normala, friska celler leder till de biverkningar som normalt förknippas med kemoterapibehandlingar:anemi, håravfall, kräkningar - eftersom celler som utgör magsäcken förstörs - och illamående, bland andra.

Nycklar i ett lås

För att bättre rikta cancerceller, UA -teamet fäster liposomer på signalmolekyler som kallas ligander, som interagerar med specifika cellreceptorer som nycklar i ett lås.

"Allt beror på den sjukdom som vi riktar oss mot, men när det gäller tumörceller, de överuttrycker vissa receptorer av flera skäl. Den ena är att tumörceller sprider sig mycket snabbt, och så överuttrycker de många näringsreceptorer för att de vill dela sig snabbare, "sa Xenia Kachur, en tredjeårs doktorand i biomedicinsk ingenjörsutbildning, tvärvetenskapligt program, eller GIDP. De extra receptorerna gör att liposomerna är mer benägna att fastna på och komma in i tumörceller än normala celler.

När de försämras, liposomer släpper ut läkemedel bit för bit på ett okontrollerat sätt, som inte effektivt förstör tumörceller. Sa Sarah Leung, en fjärdeårs doktorand i biomedicinsk teknik GIDP som också är i Romanowski-labbet:"Det finns en särskild koncentration där du har optimala resultat, så nedan att du inte har tillräckligt med läkemedlet för att få ett bra svar, och över det kan det vara ännu giftigare. "

Den nya uppfinningen kan göra det möjligt för läkare att kontrollera mängden läkemedel som släpps åt gången, och att släppa ut läkemedlet endast i tumörregionen, därigenom skydda friska celler från skador orsakade av läkemedlet. Det är här guldfodret kommer in.

Läkemedel belagda med guld

"En egenskap hos guld är att det kan omvandla nära infrarött ljus till värme, "sa Kachur." Genom att lägga guld på ytan av dessa liposomer, vi kan sedan sätta in en stimulans som nära-infrarött ljus. Guldet omvandlar ljuset till värme, värmen gör att liposomen läcker, och sedan kan det som verkligen är koncentrerat inuti spridas ut genom den läckande liposomen. "

"Infrarött ljus tränger igenom det djupaste genom kroppen eftersom det interagerar minst med de flesta vävnader, och det förhindrar också mycket uppvärmning som din kropp [annars] kan uppleva, "sa Kachur.

Teorin går på att mängden infrarött ljus kan varieras för att kontrollera mängden läkemedel som frigörs från de guldbelagda liposomerna.

"Genom att använda mer eller mindre ljus, du kan släppa mer eller mindre av läkemedlet och ta tid på svaren också, så när du aktiverar ljus, något läkemedel kommer att läcka, du kan utlösa det igen och få mer läkemedelsläckage, eller så kan du vänta en stund, låt läkemedlet spridas, gör sitt, aktivera det sedan igen. Det möjliggör mycket mer frihet med släppprocessen, "sa Leung." Genom att ha detta mycket utlösta svar kan du träffa det terapeutiska fönstret. "

Trots ökat blodflöde till tumörceller och nycklarnas låsning av liganderna, vissa liposomer kan fortfarande hamna i friska celler. Isåfall, guldbeläggningen kan eventuellt verka för att förhindra frisättning av det giftiga läkemedlet till de friska cellerna.

Genom att selektivt lysa det infraröda ljuset endast i tumörregionen, läkare kan se till att endast liposomer i tumörregionen kan släppa ut läkemedlet.

"När du väl vet var tumörerna är, du kan gå vidare och rikta din ljuskälla mot dessa områden. Vad som än är kvar kommer att lämna kroppen eller kan långsamt släppas ut, men inte så högt eller lika giftigt som det skulle vara om du bara injicerade läkemedlet systemiskt, sa Leung.

Uppfinningen har en annan bonus:"Den guldbelagda liposomen är biologiskt nedbrytbar, som är en av de bästa delarna av vårt system, "sa Leung. För närvarande finns det inga godkända kemoterapeutiska behandlingar som gör att guldnanostrukturerna kan elimineras från kroppen genom kroppens egna mekanismer, sa Leung.

Njurar, de organ som normalt filtrerar avfallsmolekyler ur blodet, har en gräns för storleken på molekylen de kan filtrera. "På grund av den storlek det bryts ner till, vårt system ska vara klara med njurarna, vilket verkligen är unikt, sa Leung.

Det finns fortfarande många steg att ta för att testa uppfinningen innan den kan användas i cancerterapi. Men om det lyckas, guldbelagda liposomer kan tillhandahålla en metod för att rikta kemoterapeutiska läkemedel mot cancerceller, utlöser icke-invasivt läkemedlets frigöring med hjälp av infrarött ljus och ger ett sätt för kroppen att naturligt filtrera läkemedlet från blodomloppet.

En dag, cancerpatienter kan eventuellt få kemoterapibehandlingar med förtroende för att läkemedlen effektivt kommer att förstöra cancerceller, och utan rädsla för att drabbas av några skadliga biverkningar.