En blandning av aktuella läkemedel och kolnanopartiklar visar potential att förbättra behandlingen av huvud- och halscancer, speciellt i kombination med strålbehandling, enligt ny forskning från Rice University och University of Texas MD Anderson Cancer Center.

Arbetet banar väg för ytterligare forskning om terapi anpassad efter individuella patienters behov. Terapin använder kolnanopartiklar för att kapsla in kemoterapeutiska läkemedel och binda dem tills de levereras till cancercellerna som de är avsedda att döda.

En artikel om forskningen publicerades denna månad i tidskriften American Chemical Society ACS Nano .

Den nya strategin av Rice kemisten James Tour och Jeffrey Myers, professor i huvud- och nackkirurgi vid MD Anderson, kombinerar paklitaxel (PTX) och Cetuximab (Cet) med hydrofila kolkluster funktionaliserade med polyetylenglykol, känd som PEG-HCC.

Cetuximab, målagenten, är en humaniserad monoklonal antikropp som endast binder till epidermal tillväxtfaktorreceptor (EGFR), en cellytereceptor som överuttrycks av 90 procent av skivepitelcancer i huvud och hals. Paklitaxel, ett aktivt medel i kemoterapi, används för att behandla lungor, äggstockar, bröst- och huvud- och halscancer. I kombination, de har förmågan att rikta in sig på och attackera cancerceller.

Eftersom paklitaxel är hydrofobt – det kommer inte att blandas med vatten – kombineras ämnena i allmänhet med Cremophor EL, en ricinolja-baserad bärare som gör att föreningen som marknadsförs som Taxol kan levereras intravenöst till patienter.

Turné, Myers och deras medarbetare har hittat ett enkelt sätt att blanda PTX och Cetuximab med kolkluster som adsorberar de aktiva ingredienserna. Den nya föreningen är vattenlöslig och är mer effektiv för att rikta in sig på tumörer än Taxol samtidigt som den undviker de toxiska effekterna av paklitaxel och Cremophor på närliggande friska celler, de skrev.

"Det är mycket vanligt att administrera kortikala steroider för att begränsa det allergiska svaret på Cremophor EL, sa Tour, Rice's T.T. och W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik och materialvetenskap och i datavetenskap.

Tour sa att Cet/PTX/PEG-HCC-elementen enkelt kombineras. "Vi visar i tidningen att när vi tar upp paklitaxel i våra hydrofila kolkluster, vi kan leverera dessa lika bra som kommersiella Taxol.

"Men du kan aldrig bryta dig in på en marknad med något som är lika bra som det som redan finns där ute. Du måste vara betydligt bättre. Det fina med det vi gör är att vi potentiellt kan använda en mycket mindre mängd av läkemedlet för kemoterapi. Bara att eliminera Cremophor är en verklig fördel, " han sa.

Tour noterade ett nyligen godkänt kemoterapiläkemedel som kombinerar paklitaxel med albuminnanopartiklar, Abraxane, visar också löfte. "Det fungerar bra, men den har fortfarande bara cirka 10 procent av marknaden efter sex eller sju års användning, " han sa.

Myers, Hubert L. och Olive Stringer framstående professor i cancerforskning vid MD Anderson, nämnda kombination av Cet/PTX/PEG-HCC och strålbehandling i tester på möss visade en betydande ökning i att döda tumörer. "Vår hypotes är att PTX, kemoterapiläkemedlet, sensibiliserar cancercellerna för effekterna av strålning och Cetuximab/PEG-HCC ökar leveransen av PTX till cancercellerna, " han sa.

Till skillnad från Cremophor, Tour sa, de förbättrade kolklustren är icke-toxiska. Biodistributions- och toxicitetsstudier visade att den "stora majoriteten" av PEG-HCC utsöndras genom njurarna, medan spårmängder i lever och mjältar från möss som testades visade ingen skada på organen.

Strategin kom från samtal mellan Tour och Rice kemisten och nobelpristagaren Richard Smalley, som dog i leukemi 2005. "Jag satt med Rick på MD Anderson medan han behandlades, och vi började prata om att använda kolpartiklar för leverans som kolbaserade bärare.

"Men vi hade inget specifikt, Tour sa. "Jag började arbeta med det här utan finansiering, och kort efter Ricks bortgång i oktober 2005, Jag träffade Jeff Myers."

"Jag ville etablera ett multidisciplinärt program för att studera nanopartikelbaserad terapi för cancer i allmänhet, och mer specifikt, huvud- och halscancer, " Sa Myers. "På den tiden, Dr Garth Powis (professor och ordförande för avdelningen för experimentell terapi vid MD Anderson) hänvisade mig till Dr Mauro Ferrari (nu ordförande för Methodist Hospital Research Institute och adjungerad professor i bioteknik vid Rice), som till slut satte mig i kontakt med Dr. Tour.

"Hans entusiasm för vetenskap och vilja att ytterligare utforska potentialen hos kolnanopartiklar för att behandla cancerpatienter var uppenbar direkt, och vi lanserade ett samarbete som har varit ganska produktivt, " han sa.

Myers är nöjd med vad laget har åstadkommit hittills. "Detta samarbete har "bevisat principen" att kolnanopartiklar kan användas för att icke-kovalent länka ett kemoterapeutiskt läkemedel med en antikropp som riktar sig mot som kan leverera läkemedlet specifikt till en cancercell, " sade han. "Denna princip kan användas för att leverera andra läkemedel till andra typer av celler genom specifik inriktning av cellytereceptorer som en metod för att öka det terapeutiska förhållandet.

"Även om jag inte är expert på dessa andra områden, detta kan potentiellt ha tillämpningar i infektionssjukdomar, neurologiska störningar och kardiovaskulära sjukdomar, " han sa.

Tour ser potential för klinisk användning av PEG-HCC för hjärncancer och traumatiska hjärnskador samt kemoterapi, men erkände att införandet av sådana läkemedel för mänskligt bruk är långt borta. "För att få en drog genom alla olika faser, inklusive försök, tar vanligtvis 12 till 14 år och cirka 1,25 miljarder dollar, ", sa han. "Det kan ibland påskyndas genom experimentella prövningar med patienter som inte har några andra alternativ, men det är fortfarande ett långt och dyrt drag."

Fortfarande, han sa att det nya arbetet är ett starkt steg i rätt riktning. "Det här dokumentet är höjdpunkten i sex års forskning, " sa han. "Allt kom ihop. Detta är crescendo, precis här."