(Phys.org) – Forskare vid UCLA:s Jonsson Comprehensive Cancer Center har utvecklat ett innovativt läkemedelsleveranssystem där små partiklar som kallas nanodiamanter används för att transportera kemoterapiläkemedel direkt in i hjärntumörer. Den nya metoden visade sig resultera i större cancerdödande effektivitet och färre skadliga biverkningar än befintliga behandlingar.

Forskningen, publicerad i förhandsutgåvan av den peer-reviewade tidskriften Nanomedicin:Nanoteknik, Biologi och medicin , var ett samarbete mellan Dean Ho vid UCLA School of Dentistry och kollegor från Lurie Children's Hospital i Chicago och Northwestern Universitys Feinberg School of Medicine. Ho leder UCLA Dentistrys Weintraub Center for Reconstructive Biotechnology och är professor i avdelningen för oral biologi och medicin, uppdelningen av avancerad protetik, och institutionen för bioteknik.

Glioblastom är den vanligaste och dödligaste typen av hjärntumör. Trots behandling med kirurgi, strålning och kemoterapi, medianöverlevnadstiden för glioblastompatienter är mindre än ett och ett halvt år. Tumörerna är notoriskt svåra att behandla, delvis för att kemoterapiläkemedel som injiceras ensamma ofta inte kan penetrera systemet av skyddande blodkärl som omger hjärnan, känd som blod-hjärnbarriären. Och de läkemedel som passerar barriären förblir inte koncentrerade i tumörvävnaden tillräckligt länge för att vara effektiva.

Läkemedlet doxorubicin, ett vanligt kemoterapimedel, har visat lovande i ett brett spektrum av cancerformer, och det har fungerat som modellläkemedel för behandling av hjärntumörer när det injiceras direkt i tumören. Hos team utvecklade ursprungligen en strategi för att starkt fästa doxorubicinmolekyler till nanodiamantytor, skapa ett kombinerat ämne som kallas ND–DOX.

Nanodiamanter är kolbaserade partiklar med en diameter på ungefär 4 till 5 nanometer som kan bära ett brett spektrum av läkemedelsföreningar. Och medan tumörcellsproteiner kan mata ut de flesta anticancerläkemedel som injiceras i cellen innan dessa läkemedel hinner verka, de kan inte bli av med nanodiamanterna. Således, kombinationer av läkemedel och nanodiamant förblir i cellerna mycket längre utan att påverka vävnaden som omger tumören.

Ho och hans kollegor antog att glioblastom effektivt kan behandlas med ett nanodiamantmodifierat läkemedel genom att använda en direktinjektionsteknik känd som konvektionsförstärkt leverans, eller CED. De använde denna metod för att injicera ND-DOX direkt i hjärntumörer i gnagarmodeller.

Forskarna fann att ND-DOX-nivåerna i tumörerna bibehölls under en varaktighet långt utöver den för enbart doxorubicin, visar att doxorubicin togs in i tumören och förblev längre när den fästes vid nanodiamanter. Dessutom, ND-DOX visade sig också öka apoptos - programmerad cancercellsdöd - och minska cellviabiliteten i gliom (hjärncancer) cellinjer.

Resultaten visade också för första gången att ND–DOX-tillförseln begränsade mängden doxorubicin som distribuerades utanför tumören. Detta minskade toxiska biverkningar och höll mer av läkemedlet kvar i tumören under längre tid, öka läkemedlets tumördödande effektivitet utan att påverka den omgivande vävnaden. Överlevnadstiden ökade signifikant hos råttor som behandlades med ND-DOX, jämfört med de som endast ges omodifierat doxorubicin.

Nanodiamanter har många aspekter, nästan som ytan på en fotboll, och kan binda till doxorubicin mycket starkt och snabbt, Ho noterade. Ytterligare forskning kommer att utöka listan över kemoterapiläkemedel för hjärncancer som kan fästas på nanodiamantytorna för att förbättra behandlingen och minska biverkningarna.

För att en nanopartikel ska ha translationell betydelse, det måste ha så många fördelar inbyggda i ett system så enkelt som möjligt.

"Nanomaterial är lovande medel för att behandla olika typer av cancer, " sa Ho. "Vi letar efter läkemedel och situationer där nanoteknik faktiskt hjälper kemoterapi att fungera bättre, vilket gör det lättare för patienten och svårare för cancern."

Denna studie visade att konvektionsförstärkt leverans av ND–DOX erbjuder ett kraftfullt behandlingssystem mot dessa mycket svåra och dödliga hjärntumörer, sa Ho.

Han noterade att detta storskaliga projekt har varit framgångsrikt tack vare den multidisciplinära och proaktiva interaktionen mellan hans team av bioingenjörer och deras enastående kliniska medarbetare från Northwestern University och Lurie Children's Hospital.