(PhysOrg.com) -- Ungefär var tredje dag, Colleen Alexander, en doktorand i kemi, matar celler som orsakar en dödlig typ av hjärncancer. Det är en ritual som innebär att bedöma cellernas hälsa under ett mikroskop, tvätta bort döda celler med en speciell lösning och ingjuta rent medium som kommer att vårda de levande cellerna och generera nya. Vid något tillfälle, dessa celler kommer att utsättas för kemoterapimedel fästa på nanopartiklar gjorda av guld.
Det är en revolutionerande idé för ett molekylärt läkemedelstillförselsystem utvecklat av två kemister vid Syracuse Universitys College of Arts and Sciences som har kombinerat sina mycket olika expertområden. Deras arbete presenterades nyligen i Journal of the National Cancer Institute (NCI) i en nyhetsartikel som belyser NCI:s ökande fokus på att använda nanoteknik för att diagnostisera och behandla cancer. Det är ett forskningsområde där NCI investerar 30 miljoner dollar per år, nationell, under de kommande fem åren.
Idén att fästa kemoterapiläkemedelsmolekyler till nanopartiklar gjorda av guld utvecklades från en serie korridorsamtal och "vad händer om" mellan James Dabrowiak och Mathew Maye. Båda är medlemmar av högskolans avdelning för kemi och av Syracuse Biomaterials Institute, som tillhandahåller högspecialiserade laboratoriefaciliteter för sitt arbete.
Dabrowiak har ägnat större delen av sin karriär åt cancerläkemedelsforskning och är Alexanders Ph.D. fakultetsrådgivare. Mayes expertis ligger inom nanoteknik. Han använder biomimetiska metoder för att sätta ihop nanomaterial. Biomimetisk betyder att man använder DNA för att få nanopartiklar att efterlikna naturen.
"Du kan lägga en enorm mängd små läkemedelsmolekyler på en enda nanopartikel, säger Dabrowiak. "Det resulterar i att mycket höga koncentrationer av läkemedlet kommer in i cancerceller, gör läkemedlet till ett mer effektivt dödande medel med färre biverkningar."
Tricket är att hitta det mest effektiva sättet att bygga de drogbelastade nanopartiklarna. Det är där Mayes expertis kommer in. Hans labb har utvecklat ett sätt att fästa DNA till guldnanopartiklar. Läkemedelsmolekylerna fastnar på de DNA-belagda nanopartiklarna, kodad för att locka till sig specifika typer av droger. När läkemedlet är fäst, ytan på nanopartikeln är belagd med inerta material för att förhindra att immunsystemet attackerar nanopartikeln som en främmande inkräktare innan den tar sig till tumören.
"Vårt är ett helt annat sätt att designa ett molekylärt läkemedelstillförselsystem, säger Maye. – Metoden vi använder för att fästa läkemedelsmolekyler till DNA:t är en unik del av systemet. Det är ett forskningsområde som ingen utforskar."
Förutom att leverera en högre koncentration av läkemedel till enskilda cancerceller, forskarna säger att nanopartiklar potentiellt kan vara mer effektiva för att komma in i tumörer än nuvarande läkemedelsleveranssystem. På grund av deras snabba tillväxt, tumörer är mindre tätt packade och mer porösa än friska vävnader. Läkemedelsmolekyler är små och tenderar att läcka ut ur porerna, minska läkemedlets effekt på tumören. I kontrast, de större nanopartiklarna tenderar att fastna i porerna, ger läkemedlet mer tid att penetrera tumören.
"Nanopartiklarna fångas lättare upp av tumörer än av normal vävnad, säger Dabrowiak. "Mer läkemedel kommer in i tumörer och mindre kommer in i frisk vävnad, vilket leder till färre biverkningar för patienterna.”
Forskarnas slutmål är att utveckla "smarta nanopartiklar" som bara skulle söka upp cancerceller, lämnar friska celler och vävnad orörda. "Vi kan fästa flera typer av molekyler till en enda nanopartikel, inklusive partiklar som känner igen specifika egenskaper hos cancerceller, säger Maye. "Vårt mål är att utveckla smarta nanopartikelleveranssystem för existerande kemoterapiläkemedel."
