Kemoterapi är inte tänkt att få ditt hår att falla av – det är tänkt att döda cancerceller. Ett nytt molekylärt leveranssystem som skapats vid U av T kan hjälpa till att säkerställa att kemoterapiläkemedel når sitt mål samtidigt som de minimerar sidoskador.

Många cancerläkemedel riktar sig mot snabbväxande celler. Injiceras i en patient, de virvlar runt i blodomloppet och verkar på snabbväxande celler var de än hittar dem. Det inkluderar tumörer, men tyvärr även hårsäckar, slemhinnan i matsmältningssystemet, och din hud.

Professor Warren Chan (IBBME, ChemE, MSE) har ägnat det senaste decenniet åt att ta reda på hur man kan leverera kemoterapiläkemedel till tumörer – och ingen annanstans. Nu har hans labb designat en uppsättning nanopartiklar fästa på DNA-strängar som kan ändra form för att få tillgång till sjuk vävnad.

"Din kropp är i grunden en serie av fack, " säger Chan. "Tänk på det som ett gigantiskt hus med rum inuti. Vi försöker ta reda på hur vi ska få något som är utanför, in i ett specifikt rum. Man måste utveckla en karta och ett system som kan röra sig genom huset där varje väg till det sista rummet kan ha olika begränsningar som höjd och bredd."

En sak vet vi om cancer:inga två tumörer är identiska. Bröstcancer i ett tidigt stadium, till exempel, kan reagera annorlunda på en given behandling än cancer i bukspottkörteln, eller till och med bröstcancer i ett mer framskridet stadium. Vilka partiklar som kan komma in i vilka tumörer beror på flera faktorer som partikelstorleken, form och ytkemi.

Chan och hans forskargrupp har studerat hur dessa faktorer dikterar leveransen av små molekyler och nanoteknik till tumörer, och har nu designat ett riktat molekylärt leveranssystem som använder modulära nanopartiklar vars form, storlek och kemi kan förändras genom närvaron av specifika DNA-sekvenser.

"Vi gör formförändrande nanopartiklar, " säger Chan. "De är en serie byggstenar, ungefär som ett LEGO-set." Komponentdelarna kan byggas in i många former, med bindningsställen exponerade eller dolda. De är designade för att svara på biologiska molekyler genom att ändra form, som en nyckel som passar i ett lås.

Dessa formskiftare är gjorda av små bitar av metall med DNA-strängar fästa på dem. Chan föreställer sig att nanopartiklarna kommer att flyta omkring ofarligt i blodomloppet, tills en DNA-sträng binder till en sekvens av DNA som är känd för att vara en markör för cancer. När detta händer, partikeln ändrar form, utför sedan sin funktion:den kan rikta in sig på cancercellerna, exponera en läkemedelsmolekyl för cancercellen, märka cancercellerna med en signalmolekyl, eller vilken uppgift Chans team har designat nanopartikeln för att utföra.

Deras arbete publicerades denna vecka i två nyckelstudier i Proceedings of the National Academy of Sciences och den ledande tidskriften Science.

"Vi inspirerades av proteiners förmåga att förändra sin konformation - de kommer på något sätt på hur man kan lindra alla dessa leveransproblem inuti kroppen, " säger Chan. "Med den här idén, vi trodde, "Kan vi konstruera en nanopartikel så att den fungerar som ett protein, men en som kan programmeras utanför kroppen med medicinsk kapacitet?'"

Att tillämpa nanoteknik och materialvetenskap på medicin, och särskilt till riktad läkemedelsleverans, är fortfarande ett relativt nytt koncept, men en Chan ser som full av löften. Det verkliga problemet är hur man levererar tillräckligt med nanopartiklar direkt till cancern för att producera en effektiv behandling.

"Så här ser vi på de här problemen:det är som att du åker till Vancouver från Toronto, men ingen berättar för dig hur du kommer dit, ingen ger dig en karta, eller en flygbiljett, eller en bil – det är där vi är på det här området, " säger han. "Idén att rikta droger mot tumörer är som att komma på hur man går till Vancouver. Det är ett enkelt koncept, men att ta sig dit är inte enkelt om inte tillräckligt med information tillhandahålls."

"Vi har bara skrapat på ytan av hur nanoteknologins "leverans" fungerar i kroppen, så nu fortsätter vi att utforska olika detaljer om varför och hur tumörer och andra organ tillåter eller blockerar vissa saker från att komma in, " tillägger Chan.

Han och hans grupp planerar att tillämpa det tillförselsystem som de har designat för personlig nanomedicin – ytterligare skräddarsy sina partiklar för att leverera läkemedel till just din typ av tumör, och ingen annanstans.