Forskare vid North Carolina State University och University of North Carolina i Chapel Hill har utvecklat en ny teknik för läkemedelstillförsel som använder en biologiskt nedbrytbar flytande metall för att rikta in sig på cancerceller. Metoden för tillförsel av läkemedel i flytande metall lovar att öka effekten av cancerläkemedel.

"Framtaget här är att vi har en teknik för läkemedelsleverans som kan förbättra effektiviteten av de läkemedel som levereras, kan hjälpa läkare att lokalisera tumörer, kan tillverkas i bulk, och verkar vara helt biologiskt nedbrytbar med mycket låg toxicitet, " säger Zhen Gu, motsvarande författare till en Naturkommunikation papper om arbetet och en biträdande professor i det gemensamma biomedicinska ingenjörsprogrammet vid NC State och UNC-CH. "Och en av fördelarna med den här tekniken är att dessa läkemedelsbärare av flytande metall - eller "nanoterminatorer" - är väldigt lätta att göra."

För att skapa nanoterminatorerna, forskare placerar den flytande metallen (galliumindiumlegering) i en lösning som innehåller två typer av molekyler som kallas polymera ligander. Lösningen träffas sedan med ultraljud, vilket tvingar den flytande metallen att brista i nanoskala droppar cirka 100 nanometer i diameter. Liganderna i lösningen fäster vid dropparnas yta när de bryts loss från den flytande metallen. Under tiden, en oxiderad "hud" bildas på ytan av nanodroppar. Den oxiderade huden, tillsammans med liganderna, förhindrar nanodroppar från att smälta samman igen.

Anticancerläkemedlet doxorubicin (Dox) införs sedan i lösningen. En av liganderna på nanodroppen suger upp Dox och håller fast vid den. Dessa drogladdade nanodroppar kan sedan separeras från lösningen och föras in i blodomloppet.

Den andra typen av ligand på nanodroppar söker effektivt upp cancerceller, får receptorer på cancercellens yta att haka fast på nanodroppar. Cancercellen absorberar sedan nanodroppar.

När väl absorberats, den högre nivån av surhet inuti cancercellen löser upp den oxiderade huden på nanodroppar. Detta frigör liganderna, som kommer att fortsätta för att släppa Dox inuti cellen.

"Utan den oxiderade huden och liganderna, nanodroppar smälter samman, bildar större droppar av flytande metall, " säger Michael Dickey, en medförfattare på detta papper och professor vid Institutionen för kemi- och biomolekylär teknik vid NC State. "Dessa större droppar är ganska lätta att upptäcka med hjälp av diagnostiska tekniker, som potentiellt kan hjälpa läkare att lokalisera tumörer."

Under tiden, den flytande metallen fortsätter att reagera med den sura miljön i cancercellen och löses upp, frigör galliumjoner. Intressant, dessa galliumjoner förbättrar prestandan hos läkemedel mot cancer – inklusive deras effektivitet mot läkemedelsresistenta cellinjer.

Dessutom, denna process bryter gradvis ned metallen, minimera långtidstoxicitet.

"Baserat på in vitro-tester, vi tror att den flytande metallen bryts ned fullständigt på några dagar till en form som kroppen framgångsrikt kan absorbera eller filtrera bort, utan märkbara toxiska effekter, " säger Yue Lu, en Ph.D. student i Gus labb.

Forskarna har testat flytande metallteknik i en musmodell, och fann att det är betydligt effektivare än Dox ensamt för att hämma tillväxten av äggstockscancertumörer. Viktigt, forskarna spårade mössen i upp till 90 dagar, och fann inga tecken på toxicitet relaterade till den flytande metallen.

"Detta var en proof-of-concept-studie, men väldigt uppmuntrande, " säger Gu. "Som den fiktiva Terminator, denna bärare är transformerbar:krossad från bulkmaterial, smält in i cancerceller och så småningom nedbrutna och rensade. Vi hoppas kunna göra ytterligare tester i en stor djurstudie för att komma närmare potentiella kliniska prövningar."

Pappret, "Transformerbar flytande metall nanomedicin, " kommer att publiceras 2 december Naturkommunikation .