I ett drag som liknar att lägga till kemiska vapen till en brandbomb, forskare vid Duke University har tagit fram en metod för att göra en lovande cancerbehandling i nanoskala ännu mer dödlig för tumörer.
Uppfinningen tillåter att ett extremt tunt lager av hydrogeler (tänk kontaktlinser) avsätts på ytan av nanoskal - partiklar som är cirka hundra nanometer breda utformade för att absorbera infrarött ljus och generera värme. Vid uppvärmning, dessa speciella hydrogeler förlorar sitt vatteninnehåll och frigör alla molekyler (som droger) som är fångade i dem.
Genom att deponera hydrogelerna på tumörbrännande nanoskal och ladda den nya beläggningen med kemoterapeutiska läkemedel, ett formidabelt ett-två slag bildas.
Tekniken beskrivs i en artikel publicerad i tidskriften ACS Biomaterials Science &Engineering den 13 juli, 2015, som framhävdes som ett ACS Editor's Choice.
"Tanken är att kombinera tumörförstörande värmeterapi med lokaliserad läkemedelstillförsel, så att du förhoppningsvis kan få en så effektiv behandling som möjligt, sa Jennifer West, Fitzpatrick Family University professor i teknik vid Duke, som innehar utnämningar inom biomedicinsk teknik, maskinteknik och materialvetenskap, cellbiologi, och kemi. "Och många kemoterapeutiska läkemedel har visat sig vara mer effektiva i uppvärmd vävnad, så det finns en potentiell synergi mellan de två tillvägagångssätten."
Den fototermiska terapin testas redan för flera typer av cancer i kliniska prövningar utförda av Nanospectra Biosciences, Inc., ett företag West grundat. Nanoskalen är inställda för att absorbera nära-infrarött ljus, som passerar ofarligt genom vatten och vävnad. Nanoskalen, dock, värms snabbt upp tillräckligt för att förstöra celler, men bara där ljuset lyser.
Förutom att kunna rikta in sig på specifika platser i kroppen med ljuset, behandlingen beror också på det faktum att nanoskal tenderar att ackumuleras i en tumör på grund av läckande kärl.
"Men du måste hålla deras storlek under cirka 500 nanometer, " sa West. "Vi var tvungna att komma med en ny process för att skapa en mycket tunn polymerbeläggning på ytan av dessa nanopartiklar för att hålla dem under den tröskeln."
I den nya studien, West och doktoranden Laura Strong laddade de nyligen belagda nanoskalen med ett potent kemoterapeutiskt läkemedel och levererade dem till tumörceller i en laboratoriemiljö. Behandlingen fungerade som planerat; nanoskalen värmdes upp och förstörde de flesta av tumörcellerna samtidigt som drogerna släpptes, som städade upp de överlevande. Att helt utrota varje cancercell är extremt viktigt, eftersom flykten av till och med en enda cell som kan metastasera kan visa sig vara dödlig på vägen.
Nästa steg för den nya cancerbehandlingen är tester på levande djur. Medan dessa experiment pågår, mänskliga försök är fortfarande minst ett par år bort.
Men tekniken behöver inte begränsas till cancerterapi.
"Hydrogelerna kan frigöra läkemedel precis över kroppstemperaturen, så du kan potentiellt titta på detta för andra läkemedelsleveransapplikationer där du inte nödvändigtvis vill förstöra vävnaden, sade West. "Du kan göra en mildare uppvärmning och fortfarande utlösa läkemedelsfrisättningen."
