Konventionella behandlingar för sjukdomar som cancer kan ha skadliga biverkningar - och den främsta anledningen är att sådana behandlingar inte riktar sig specifikt till de celler i kroppen där de behövs. Vad händer om läkemedel mot cancer, hjärt-kärlsjukdom, och andra sjukdomar kan riktas specifikt och endast till celler som behöver medicinen, och lämna normala vävnader orörda?
En ny studie som involverar Sanford-Burnham Medical Research Institutes Erkki Ruoslahti, M.D., Ph.D., bidragit till arbetet av Samir Mitragotri, Ph.D., vid University of California, Santa Barbara, fann att formen på nanopartiklar kan förbättra läkemedelsinriktning. Studien, publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences , fann att stavformade nanopartiklar – eller nanorods – i motsats till sfäriska nanopartiklar, verkar fästa mer effektivt till ytan av endotelceller som kantar insidan av blodkärlen.
"Medan nanopartikelform har visat sig påverka cellulärt upptag, den senaste studien visar att specifika vävnader kan riktas mot genom att kontrollera formen på nanopartiklar. Att behålla materialet, volym, och målantikroppen samma, en enkel förändring av nanopartikelns form förbättrar dess förmåga att rikta in sig på specifika vävnader, sa Mitragotri.
"De långsträckta partiklarna är mer effektiva, ", tillade Ruoslahti. "Anledningen är förmodligen att om du har en sfärisk partikel och den har bindningsställen på den, sfärens krökning tillåter bara så många av dessa bindningsställen att interagera med membranreceptorer på ytan av en cell."
I kontrast, de långsträckta nanoroderna har en större yta som är i kontakt med ytan på endotelcellerna. Fler av antikropparna som täcker nanorod kan därför binda receptorer på ytan av endotelceller, och det leder till effektivare cellvidhäftning och effektivare läkemedelsleverans.
Testar riktade nanopartiklar
Mitragotris labb testade effektiviteten av stavformade nanopartiklar i syntetiserade nätverk av kanaler som kallas "syntetiska mikrovaskulära nätverk, " eller SMN, som efterliknar tillstånd inuti blodkärlen. Nanopartiklarna testades också in vivo i djurmodeller, och separat i matematiska modeller.
Forskarna fann också att nanorods riktade mot lungvävnad hos möss ackumulerades i en hastighet som var dubbelt så stor som nanosfärer konstruerade med samma målantikropp. Också, förbättrad inriktning av nanorods sågs i endotelceller i hjärnan, som historiskt sett har varit ett utmanande organ att rikta in sig på med droger.
Nanopartiklar används redan i vissa cancerläkemedel
Nanopartiklar har studerats som kärl för att transportera läkemedel genom kroppen. När de väl har konstruerats med antikroppar som binder till specifika receptorer på ytan av målceller, dessa nanopartiklar kan också, i princip, bli mycket specifika för den sjukdom de är utformade för att behandla.
Ruoslahti, en pionjär inom området celladhesion – hur celler binder till sin omgivning – har utvecklat små kedjemolekyler som kallas peptider som kan användas för att rikta läkemedel mot tumörer och aterosklerotiska plack.
Lovande resultat
"Större specifik fäste uppvisad av stavformade partiklar erbjuder flera fördelar inom området för läkemedelsleverans, särskilt vid leverans av läkemedel som kemoterapeutika, som är mycket giftiga och kräver användning av riktade tillvägagångssätt, " skrev författarna i sin tidning.
Studierna visar att nanorods med ett högt bildförhållande fäster mer effektivt till målceller jämfört med sfäriska nanopartiklar. Resultaten lovar utvecklingen av nya riktade terapier med färre skadliga biverkningar.
