Forskare vid Ohio State University Comprehensive Cancer Center—Arthur G. James Cancer Hospital och Richard J. Solove Research Institute (OSUCCC—James) har utvecklat nanopartiklar som sväller och spricker när de utsätts för nära-infrarött laserljus.
Sådana "nanobomber" kan övervinna en biologisk barriär som har blockerat utvecklingen av medel som fungerar genom att förändra aktiviteten - uttrycket - av gener i cancerceller. Medlen kan döda cancerceller direkt eller stoppa deras tillväxt.
De typer av medel som ändrar genuttryck är vanligtvis former av RNA (ribonukleinsyra), och de är notoriskt svåra att använda som droger. Först, de bryts lätt ned när de är fria i blodomloppet. I den här studien, att packa dem i nanopartiklar som riktar sig mot tumörceller löste det problemet.
Den här studien, publiceras i tidskriften Avancerade material , antyder att nanobomberna också kan lösa det andra problemet. När cancerceller tar upp vanliga nanopartiklar, de omsluter dem ofta i små fack som kallas endosomer. Detta hindrar läkemedelsmolekylerna från att nå sitt mål, och de är snart förnedrade.
Tillsammans med det terapeutiska medlet, dessa nanopartiklar innehåller en kemikalie som förångas, får dem att svälla tre gånger eller mer i storlek när de utsätts för nära-infrarött laserljus. Endosomerna spricker, sprida RNA-medlet in i cellen.
"En stor utmaning för att använda nanopartiklar för att leverera genreglerande medel som mikroRNA är nanopartiklarnas oförmåga att fly från facken, endosomerna, att de är inneslutna när celler tar upp partiklarna, " säger chefsutredaren Xiaoming (Shawn) He, PhD, docent i biomedicinsk teknik och medlem av OSUCCC—James Translational Therapeutics Program.
"Vi tror att vi har övervunnit denna utmaning genom att utveckla nanopartiklar som inkluderar ammoniumbikarbonat, en liten molekyl som förångas när nanopartiklarna exponeras för nära-infrarött laserljus, får nanopartikeln och endosomen att brista, frigör det terapeutiska RNA, " Han förklarar. För deras studie, Han och kollegor använde mänskliga prostatacancerceller och mänskliga prostatatumörer i en djurmodell. Nanopartiklarna var utrustade för att rikta in sig på cancerstamliknande celler (CSCs), som är cancerceller som har egenskaper hos stamceller. CSCs motstår ofta terapi och tros spela en viktig roll i cancerutveckling och återfall.
Det terapeutiska medlet i nanopartiklarna var en form av mikroRNA som kallas miR-34a. Forskarna valde denna molekyl eftersom den kan sänka nivåerna av ett protein som är avgörande för CSC-överlevnad och kan vara involverat i kemoterapi- och strålterapiresistens.
Nanopartiklarna kapslar också in ammoniumbikarbonat, som är ett jäsmedel som ibland används vid bakning. Nära-infrarött laserljus, som inducerar förångning av ammoniumbikarbonatet, kan penetrera vävnad till ett djup av en centimeter (nästan en halv tum). För djupare tumörer, ljuset skulle levereras med minimalt invasiv kirurgi.
För djupare tumörer, ljuset skulle levereras med minimalt invasiv kirurgi.
Studiens viktigaste tekniska resultat inkluderar:
