I årtionden, forskare har arbetat med att utveckla nanopartiklar som levererar cancerläkemedel direkt till tumörer, minimera de toxiska biverkningarna av kemoterapi. Dock, även med de bästa av dessa nanopartiklar, endast ungefär en procent av läkemedlet når normalt sitt avsedda mål. Nu, ett team av forskare från MIT, Sanford-Burnham Medical Research Institute, och University of California i San Diego (UCSD) har utformat en ny typ av leveranssystem där en första våg av nanopartiklar finslipar tumören, ringer sedan in en mycket större andra våg som avger cancerläkemedlet. Denna kommunikation mellan nanopartiklar, aktiveras av kroppens egen biokemi, ökade läkemedelsleveransen till tumörer mer än 40 gånger i en musstudie.
Denna nya strategi kan öka effektiviteten hos många läkemedel mot cancer och andra sjukdomar, säger utredarna. Detta multiinstitutionella team leddes av MIT:s Sangeeta Bhatia, som också är medlem i MIT-Harvard Center of Cancer Nanotechnology Excellence, del av National Cancer Institute's Alliance for Nanotechnology in Cancer. Denna forskning beskrivs i en artikel publicerad i tidskriften Nature Materials. Michael Sailor från UCSD och Erkki Ruoslahti från Sanford Burnham Institute, båda seniormedlemmarna i Alliance for Nanotechnology in Cancer, deltog också i denna studie.
Dr Bhatia och hennes medarbetare hämtade sin inspiration från komplexa biologiska system där många komponenter arbetar tillsammans för att uppnå ett gemensamt mål. Till exempel, immunsystemet fungerar genom ett mycket orkestrerat samarbete mellan många olika typer av celler. I detta fall, lagets tillvägagångssätt är baserat på blodkoagulationskaskaden - en serie reaktioner som startar när kroppen upptäcker skada på ett blodkärl. Proteiner i blodet som kallas koagulationsfaktorer interagerar i en komplex kedja av steg för att bilda strängar av fibrin, som hjälper till att täta skadestället och förhindra blodförlust.
För att utnyttja kommunikationskraften i den kaskaden, forskarna behövde två typer av nanopartiklar - signalering och mottagning. Signalpartiklar, som utgör den första vågen, lämna blodomloppet och anländer till tumörstället via små hål i de läckande blodkärlen som vanligtvis omger tumörer (detta är samma sätt som de mest riktade nanopartiklarna når sitt mål). Väl vid tumören, denna första våg av partiklar provocerar kroppen att tro att en skada har inträffat vid en tumörplats, antingen genom att avge värme eller genom att binda till ett protein som kvittar koagulationskaskaden.
Mottagande partiklar är belagda med proteiner som binder till fibrin, vilket lockar dem till platsen för blodpropp. Dessa andra vågpartiklar bär också en läkemedelsnyttolast, som de släpper när de når tumören.
I en studie av möss, ett system för att kommunicera nanopartikelsystem levererade 40 gånger mer av det mycket använda anticancermedlet doxorubicin än icke-kommunicerade nanopartiklar. Forskarna såg också en motsvarande förstärkt terapeutisk effekt på tumörer hos möss som behandlats med kommunicerande nanopartiklar.
För att bana vägen för potentiella kliniska prövningar och myndighetsgodkännande, Dr Bhatia och hennes kollegor undersöker nu sätt att ersätta komponenter i dessa kooperativa nanosystem med läkemedel som redan testas hos patienter. Till exempel, läkemedel som inducerar koagulation vid tumörställen kan ersätta signalpartiklarna som testats i denna studie.
Detta jobb, som beskrivs i ett papper med titeln, "Nanopartiklar som kommunicerar in vivo för att förstärka tumörmål, "stöddes delvis av NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, ett omfattande initiativ för att påskynda tillämpningen av nanoteknik för förebyggande, diagnos, och behandling av cancer.
