(Phys.org) —Proteinet tumörnekrosfaktor-alfa (TNF-alfa) är ett kraftfullt vapen i arsenalen för att kontrollera cancer. Tyvärr, som är fallet med många potenta cancerterapier, användningen av TNF-alfa som anti-cancerterapi har varit kraftigt begränsad. "Den var så giftig att den orsakade döden, " och forskare gav upp på det, förklarar Scott McNeil, chef för Nanotechnology Characterization Lab vid Frederick National Laboratory for Cancer Research.

Det var redan på 1990-talet. I dag, TNF-alfa är ett utmärkt exempel på hur man säkert och effektivt kan leverera giftiga ämnen till cancerceller genom användning av nanoteknik.

McNeils labb, del av det federalt finansierade forsknings- och utvecklingscentret som drivs av SAIC-Frederick för National Cancer Institute, arbetat med ett läkemedelsföretag för att omformulera TNF-alfa genom att koppla det till guldnanopartiklar. Genom att använda det nanoteknikförbättrade proteinet, det verkar möjligt att säkert injicera upp till tre gånger den mängd som hade varit dödlig med tidigare versioner. Det modifierade läkemedlet har genomgått en klinisk fas 1-prövning och går in i fas 2.

I McNeils labb, och för andra forskare som använder nanoteknik för läkemedelsleverans, berättelser som denna blir allt vanligare. Forskare vill påskynda utvecklingen av potentiella nanoteknologiska läkemedel för cancer genom att utforska sätt att minska biverkningar och få behandlingar att nå sina mål mer effektivt. Detta kan innebära att man använder nanoteknik för att omformulera läkemedel som kan ha misslyckats i tidigare kliniska prövningar. I vissa fall, genom att fästa en nanopartikel till ett befintligt läkemedel, forskare kanske inte bara kan sänka dess toxicitet, men de kan också se betydande livslängdsvinster för patienter.

Många cancerläkemedel godkänns baserat på hur länge de fördröjer utvecklingen av sjukdomen. Vissa läkemedel på marknaden "förbättrar bara den förväntade livslängden med kanske fem veckor, " säger McNeil. Han ser nanomedicin som en potentiell spelväxlare för cancerläkemedel i framtiden.

McNeil, både kemist och biolog, har tillbringat större delen av sin karriär med nanoteknik, men när han blev ombedd att använda sin expertis för att hitta bättre läkemedel mot cancer, han var skeptisk. "Min professionella karriär var mest militär, " säger den tidigare arméofficeren. "Jag använde nanoteknik för militära tillämpningar på SAIC, använda kvantprickar för att se om du sprider saker, där de landar. Jag fick ett samtal direkt i december 2003 och meddelandet var:"Vi vill använda nanoteknik för cancerapplikationer." Jag trodde, 'Vad tänker de på? Ska du sätta en kadmiumkvantprick i en människa? Det finns inget sätt!' Jag rabatterade det först och jag ignorerade faktiskt mejlen, hoppas det skulle försvinna."

Men det försvann inte. Faktiskt, mycket har förändrats under de senaste 10 åren. Nu, nanoläkemedel börjar visa sin förmåga att placera läkemedlen direkt i tumören, där de kommer att göra mest nytta, hellre än att låta dem ströva fritt i kroppen. Ett läkemedel är fäst vid en nanopartikel, som ofta är en liten liten sfär. För att sätta det i perspektiv, en nanometer är en miljarddels meter; bredden på ett enda hårstrå är cirka 10, 000 nanometer. Nanopartikeln är tillräckligt liten för att flöda genom blodkärlen och in i en tumör, där partikeln dissocierar, och drogen frigörs. I slutet, målet med nanomedicin är att den enda del av kroppen som påverkas av läkemedlet är tumören, behovsområdet.

McNeil's Nanotechnology Characterization Lab grundades 2004 i samarbete med Food and Drug Administration och National Institute of Standards and Technology. Det finns en sak som labbet inte gör:utveckla nanoteknologiska läkemedel. Istället, forskare där – allt från cancerbiologi och toxikologi till kemi, immunologi, och fysik – hjälp utredare från hela världen att skapa de bästa möjliga drogerna. "Vi hjälper utredare att komma från proof of concept, där de genererar några tiotals milligram material och kommer in i kliniska prövningar, där de kommer att behöva kilogram material, säger McNeil. Den där translationella forskningen, som vi kallar det, är absolut relevant för att komma in i kliniska prövningar."

Majoriteten av forskare som ansöker om hjälp från NCL söker FDA-godkännande för sina nanotekniska läkemedel men de har inte resurserna att optimera sin formel. NCL kan hjälpa till. "Vi hjälper dem att förstå vad som är involverat med deras partikel eftersom de inte har de verktyg som vi har för att kunna karakterisera, " säger McNeil. "De kanske har en fin bild eller tecknad serie av det men tills de ser våra elektronmikrofotografier, de vet inte hur det ser ut."

Nanotechnology Characterization Lab har två syften. Efter att en molekyl har gått igenom NCL:s analyskaskad som består av en uppsättning tester som utvärderar den prekliniska toxikologin, farmakologi, och effektiviteten av nanopartiklar, NCL kan erbjuda en utvärdering. "Utredaren kommer att behöva 40 miljoner dollar för att komma in i fas 2-studier. Utredarna måste motivera investeringen. Vi hjälper dem att generera data de behöver för att främja sitt arbete och sedan fungerar vi som en utvärdering från tredje part." Det är avgörande, McNeil säger, för en utredare som söker finansiering. "Ett riskkapitalbolag kan komma till oss och säga, 'Väl, vad tycker du om detta egentligen? Låt oss se dina uppgifter, och förklara det och försvara det.' Vi, självklart, kan inte godkänna det men vi kan diskutera uppgifterna i samband med vad de försöker göra. Det väger verkligen mycket."

Tänk på exemplet med Abraxane (paclitaxel), som godkändes för användning av FDA 2005. Abraxane, ett varierande giftigt men allmänt föreskrivet cancerläkemedel, har förbättrats genom att fästa den till en nanopartikel, därigenom skapa en ny, riktad behandling. "På grund av storleken och bindningen till en annan receptor, den drogen har nu minskad toxicitet jämfört med den tidigare drogen. För nanopartikel-Abraxane-konjugat är toxiciteten mycket marginell, åtminstone för immuntoxicitet och överkänslighet, säger McNeil.

Sedan 2005, Nanotechnology Characterization Lab har karakteriserat nästan 300 olika partiklar. Sex av dem befinner sig i kliniska prövningar. "Beroende på vilket samhälle du kommer från, antingen är det ett fantastiskt förhållande eller så är det ett dåligt förhållande, " förklarar McNeil. "Vi ser det som ett superbra förhållande. Ett läkemedelsföretag kan tillverka hundratusentals olika läkemedel och bara ungefär en av 100, 000 kommer in i kliniska prövningar."

Nanoteknikens plats i cancerbehandlingsarsenalen verkar också säker. En ny rapport från Infiniti Research Limited, ett marknadsundersökningsföretag specialiserat på läkemedel och hälsovård, förutspår att marknaden för nanoteknologisk läkemedelsleverans är på väg att fördubblas inom de kommande fem åren.