(PhysOrg.com) -- Möjligheten att använda nanopartiklar för att leverera nyttolaster av cancerbekämpande läkemedel till tumörer i kroppen kan förebåda en grundläggande förändring av kemoterapibehandling. Men forskarna befinner sig fortfarande i ett relativt tidigt skede i implementeringen av denna teknik.
Även om man utvecklar nanopartiklar som fungerar som "magiska kulor" - riktar man sig selektivt mot tumörer samtidigt som man skonar normala, friska vävnader — är fortfarande målet, Verkligheten är att de flesta av dessa nanobärare avlägsnas genom levern och mjälten innan de någonsin når sitt avsedda mål. Och många av de inkapslade läkemedlen kan gå förlorade medan bärarna cirkulerar i blodet eller brytas ned på vägen till tumörer.
I en studie som nyligen publicerats i tidskriften ACS Nano , UCLA-forskare rapporterar att genom att använda konstruerade mesoporösa kiselnanopartiklar (MSNP) som transportmedel, de kunde uppnå betydande ökningar av andelen läkemedelsbärande nanopartiklar som når och hålls kvar vid tumörställen.
MSNP-plattformen möjliggör införandet av flera och anpassade designfunktioner som kan hjälpa till att optimera leveransen av kemoterapeutiska läkemedel till en mängd olika cancertyper, sa forskarna, ledd av Dr Andre Nel, en professor i medicin, pediatrik och folkhälsa och chef för nanomedicinavdelningen vid UCLA Department of Medicine, och Jeffrey Zink, en professor vid UCLA Department of Chemistry and Biochemistry. Nel och Zink är också medlemmar i California NanoSystems Institute vid UCLA.
En viktig utmaning för att förbättra läkemedelsleveransen har varit att förbättra nanobärares tillgång till tumörer genom att utnyttja funktioner som läckage av onormala tumörblodkärl, vilket gör att nanopartiklar kan glida igenom och hållas kvar på tumörställen. För att uppnå det, partiklar måste utformas för att ha den idealiska storleken, att förbli i blodomloppet tillräckligt länge genom att tillfälligt undvika levern och mjälten, och för att stabilt binda läkemedlet.
De dynamiska designfunktionerna som används av UCLA-forskargruppen inkluderar manipulering av storleken och ytegenskaperna hos nanopartikeln för att förbättra tumörens biodistribution och skyddad leverans. Studien visar hur, genom en iterativ designprocess, den första generationens MSNP designades om och optimerades för att leverera doxorubicin till ett cancerxenotransplantat i en musmodell.
Teamet visade en signifikant ökning av partikelretention på tumörstället:Ungefär 10 till 12 procent av alla läkemedelsladdade partiklar som injicerades intravenöst nådde tumörstället. Denna höga tumörfördelning är exceptionellt bra, jämfört med andra polymer- och sampolymerbaserade nanoleveransplattformar där den bästa passiva tumörinriktningen ligger inom intervallet 3,5 till 10 procent av de injicerade partiklarna, sa forskarna.
Studien visade också effektiv läkemedelstillförsel och tumörcelldödande med det omdesignade och optimerade MSNP-systemet hos möss.
"Mängden doxorubicin som levererades till tumörstället var avsevärt högre än vad som kunde uppnås med det fria läkemedlet, förutom att möjliggöra effektiv leverans till cancercellerna på tumörstället, sa Nel, som också är medlem i UCLA:s Jonsson Comprehensive Cancer Center.
Dessutom, den förbättrade läkemedelsleveransen åtföljdes av en signifikant minskning av systemiska biverkningar såsom viktminskning och minskad lever- och njurskada.
"Detta är en viktig demonstration av hur den optimala designen av MSNP-plattformen kan uppnå bättre läkemedelsleverans in vivo, ", sade Nel. "Denna leveransplattform tillåter effektiv och skyddande förpackning av hydrofoba och laddade anticancerläkemedel för kontrollerad och on-demand leverans. Dessa designegenskaper är inte bara överlägsna för att inducera tumörkrympning och apoptos jämfört med det fria läkemedlet, men de förbättrar också dramatiskt säkerhetsprofilen för systemisk doxorubicintillförsel."
