Forskare har utvecklat ett trestegs "klusterbomb"-system för att leverera kemoterapiläkemedlet cisplatin, via små nanopartiklar designade att bryta upp när de når en tumör.

Detaljer om partiklarnas design och deras styrka mot cancer hos möss publicerades 28 mars i PNAS . De har inte testats på människor, även om liknande sätt att förpacka cisplatin har varit i kliniska prövningar.

Det som gör dessa partiklar utmärkande är att de börjar relativt stora - 100 nanometer breda - för att möjliggöra smidig transport in i tumören genom läckande blodkärl. Sedan, vid sura tillstånd som finns nära tumörer, partiklarna släpper ut "bomblets" bara 5 nanometer stora.

Inuti tumörceller, ett andra kemiskt steg aktiverar det platinabaserade cisplatinet, som dödar genom att tvärbinda och skada DNA. Läkare har använt cisplatin för att bekämpa flera typer av cancer i decennier, men giftiga biverkningar - för njurarna, nerver och innerörat – kan begränsa dess effektivitet.

De PNAS papper är resultatet av ett samarbete mellan och ett team ledd av professor Jun Wang, PhD vid University of Science and Technology i Kina, och forskare ledda av professor Shuming Nie, PhD vid Wallace H. Coulters avdelning för biomedicinsk teknik vid Georgia Tech and Emory. Nie är medlem i forskningsprogrammet Discovery and Developmental Therapeutics vid Winship Cancer Institute vid Emory University. Huvudförfattarna är doktoranden Hong-Jun Li och postdoktorala Jinzhi Du, PhD och Xiao-Jiao Du, PhD.

"De negativa biverkningarna av cisplatin är en långvarig begränsning för konventionell kemoterapi, " säger Jinzhi Du. "I vår studie, leveranssystemet kunde förbättra tumörpenetrationen för att nå fler cancerceller, samt släpper läkemedlen specifikt inuti cancerceller genom deras storleksövergångsegenskap."

Forskarna visade att deras nanopartiklar kan öka ackumuleringen av cisplatinläkemedel i tumörvävnader. När möss som bär mänskliga bukspottkörteltumörer fick samma doser av fritt cisplatin eller cisplatin klädd i pH-känsliga nanopartiklar, nivån av platina i tumörvävnader var sju gånger högre med nanopartiklarna. Detta tyder på möjligheten att tillförsel av nanopartiklar av en begränsad dos cisplatin skulle kunna begränsa de toxiska biverkningarna under cancerbehandling.

Forskarna visade också att nanopartiklarna var effektiva mot en cisplatinresistent lungcancermodell och en invasiv metastaserande bröstcancermodell hos möss. I lungcancermodellen, en dos fritt cisplatin gav bara 10 procent tillväxthämning, medan samma dos klädd i nanopartiklar gav 95 procent tillväxthämning, forskarna rapporterar.

I modellen för metastaserad bröstcancer, behandling av möss med cisplatin klädd i nanopartiklar förlängde djuröverlevnaden med veckor; 50 procent av mössen överlevde efter 54 dagar med nanopartiklar jämfört med 37 dagar för samma dos av fritt cisplatin. Förbättrad effekt i tre olika tumörmodeller visar att denna strategi kan vara tillämpbar på flera typer av cancer, säger Jinzhi Du.