Kemoterapiläkemedelsresistens bidrar till behandlingsmisslyckande i mer än 90 procent av metastaserande cancer. Att övervinna detta hinder skulle avsevärt förbättra canceröverlevnaden.
Dean Ho, en docent i biomedicinsk teknik och maskinteknik vid Northwestern University, tror att en liten kolpartikel som kallas nanodiamant kan erbjuda en effektiv läkemedelsleveranslösning för svårbehandlade cancerformer.
I studier av lever- och bröstcancermodeller in vivo, Ho och ett tvärvetenskapligt team av forskare, ingenjörer och kliniker fann att en normalt dödlig mängd av ett kemoterapiläkemedel när det binds till nanodiamanter avsevärt minskade storleken på tumörer hos möss. Överlevnaden ökade också och inga toxiska effekter på vävnader och organ observerades.
Detta är det första arbetet som visar betydelsen och translationspotentialen hos nanodiamanter vid behandling av kemoterapiresistenta cancerformer. Resultaten kommer att publiceras den 9 mars i tidskriften Vetenskap translationell medicin.
"Våra resultat visar nanodiamantens enorma translationella potential för att avsevärt förbättra effektiviteten av läkemedelsresistent cancerbehandling och samtidigt förbättra säkerheten, sa Ho, som ledde forskningen och är motsvarande författare till artikeln. "Detta är avgörande fördelar. Vi valde att studera dessa kemoresistenta cancerformer eftersom de fortfarande är ett av de största hindren för att behandla cancer och förbättra patienternas överlevnad."
Ho är med Northwesterns McCormick School of Engineering and Applied Science och är medlem i Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center vid Northwestern University.
Nanodiamanter är kolbaserade material med en diameter på cirka 2 till 8 nanometer. Varje nanodiamants yta har funktionella grupper som gör att ett brett spektrum av föreningar kan fästas till den, inklusive kemoterapimedel.
Forskarna tog dessa nanodiamanter och band reversibelt det vanliga kemoterapiläkemedlet doxorubicin till dem med hjälp av en skalbar syntesprocess, vilket förbättrar fördröjd läkemedelsfrisättning.
Ho och hans kollegor studerade musmodeller med lever- och bröstcancer. I dessa resistenta cancerformer, droger kan ta sig in i tumörerna men sparkas ut direkt på grund av en medfödd respons i levern och bröstet för att driva ut dessa läkemedel.
De behandlade en grupp djur med doxorubicin-nanodiamantkomplexen och en annan grupp med enbart läkemedlet. Hos de som behandlas med nanodiamantkomplexen, kemoterapin förblev i omlopp längre - upp till 10 gånger längre - än de som behandlades med enbart läkemedlet. Dessutom, läkemedlet i sig hölls kvar i båda typerna av tumörer under en betydligt längre tid. En så hög retentionshastighet innebär att en mindre mängd av det mycket giftiga läkemedlet skulle behöva administreras, vilket minskar biverkningarna.
Forskarna fann också att drog-nanodiamantkomplexen inte hade någon negativ effekt på antalet vita blodkroppar. Detta är särskilt viktigt för cancerbehandling:om antalet vita blodkroppar sjunker under en viss nivå, behandlingen avbryts på grund av risken för stora komplikationer.
"Nanodiamanter har utmärkt biokompatibilitet, och processen att formulera nanodiamant-läkemedelskomplex är mycket billig, sade Edward K. Chow, en postdoktor vid G.W. Hooper Foundation och University of California, San Francisco, och första författare till tidningen. "Nanodiamonds har många kännetecken för ett idealiskt läkemedelsleveranssystem och är lovande plattformar för att utveckla cancerterapi."
