Biomedicinska ingenjörsforskare har utvecklat en teknik för att skapa mikroskopiska "depåer" för att fånga läkemedel inuti cancertumörer. I en djurmodell, dessa läkemedelsdepåer var 10 gånger effektivare för att krympa tumörer än användningen av samma läkemedel utan depåerna.

Vissa läkemedel mot cancer är mest effektiva utanför cancercellerna. Till exempel, anticancerläkemedlet TRAIL angriper en cancercells cellmembran, medan en annan drog, cilengitid, hämmar tillväxten av blodkärl runt en tumör, svälter den på näringsämnen.

För att förbättra effektiviteten av dessa läkemedel, forskare vill både förhindra att de absorberas i cancercellerna och förhindra att de tvättas bort från tumörstället av cirkulationssystemet.

"Vi har nu hittat ett sätt att göra både och, genom att skapa mikroskaliga depåer av dessa läkemedel inuti en tumör, " säger Zhen Gu, motsvarande författare till en artikel om arbetet och en biträdande professor vid den gemensamma avdelningen för biomedicinsk teknik vid North Carolina State University och University of North Carolina vid Chapel Hill.

Forskarna börjar med att skapa en drogcocktail av TRAIL och cilengitid, slå sedan in cocktailen i en "nanobärare" som är 100 nanometer (nm) i diameter. Nanobäraren är sedan översållad med humant serumalbumin (HSA), ett rikligt protein i mänskligt blod.

Nanobäraren på 100 nm är också översållad med mindre nanokapslar - endast 10 nm i diameter - som är gjorda av en hyaluronsyragel och innehåller ett enzym som kallas transglutaminas (TG). Nanobärarna injiceras sedan i blodomloppet.

Vissa cancertumörer producerar stora mängder av ett enzym som kallas hyaluronidas, som bryter upp hyaluronsyra. Så, när nanobärarna kommer in i en cancertumör, hyaluronidaset löser upp de små nanokapslarna med hyaluronsyragel på deras yta. Detta frigör TG-enzymer, som hjälper till att koppla ihop HSA-proteinerna som täcker ytan på andra nanobärare, skapa en tvärbunden läkemedelsdepå inuti tumören.

Storleken på den tvärbundna depån förhindrar till stor del att den absorberas av enskilda cancerceller eller att den snabbt svepas bort i blodomloppet. Dessutom, TG kan också hjälpa nanobärare att binda till andra proteiner i tumören, hjälper till att hålla depån på plats.

Miljön inuti tumören är också surare än dess omgivning, och denna surhet bryter långsamt ner nanobärarna.

"Detta säkerställer en gradvis, fördröjd frisättning av TRAIL och cilengitid i tumörmiljön, maximera läkemedlens effektivitet, " säger Gu.

Forskarna utvärderade denna teknik med hjälp av bröstcancertumörer hos möss.

"Vi fann att användningen av tvärbundna depåer för att leverera TRAIL och cilengitid krympte tumörer tio gånger mer än användningen av samma dos av dessa läkemedel med konventionella tekniker, " säger Quanyin Hu, huvudförfattare till uppsatsen och en Ph.D. student i den gemensamma biomedicinska ingenjörsavdelningen vid NC State och UNC-Chapel Hill.

"Detta är en proof-of-concept-studie och ytterligare arbete måste göras för att utveckla tekniken, " säger Gu. "Men det är lovande, och vi tror att denna strategi också kan användas för cancerimmunterapi. Vi skulle behöva göra mer arbete i en djurmodell innan vi fortsätter med kliniska prövningar."

Gu konstaterar också att det är för tidigt att uppskatta kostnader förknippade med tekniken.

"Vi är i ett tidigt skede av att utveckla den här tekniken, och vi försöker göra processen enklare och effektivare - vilket skulle sänka tillverkningskostnaderna, " säger Gu. "Det gör det svårt att uppskatta vad den potentiella kostnaden kan vara.

"Och även om vi inte förutser några betydande hälsorisker utöver de som utgörs av vilka läkemedel som än levereras, en anledning till att vi gör djur- och kliniska prövningar är att identifiera eventuella oförutsedda risker."

Pappret, "Tumörmikromiljömedierad konstruktion och dekonstruktion av extracellulära läkemedelsleveransdepåer, " publicerades 19 januari i tidskriften Nanobokstäver . Tidningen var medförfattare av Wujin Sun, Yue Lu, Hunter Bomba, och Yanqi Ye i den gemensamma biomedicinska ingenjörsavdelningen vid NC State och UNC-Chapel Hill; Tianyue Jiang från Nanjing Tech University; och Ari Isaacson från UNC-Chapel Hill. Arbetet stöddes av NC TraCS, NIH:s Clinical and Translational Science Awards vid UNC-CH, bidragsnummer 1UL1TR001111.