I mer än ett decennium har biomedicinska forskare har letat efter bättre sätt att leverera läkemedel mot cancer direkt till tumörer i kroppen. Små kapslar, kallas nanopartiklar, används nu för att transportera kemoterapimedicin genom blodomloppet, till dörren till cancertumörer. Men att ta reda på det bästa sättet för partiklarna att komma förbi tumörens "sammetrep" och komma in i tumören är en utmaning som forskare fortfarande jobbar på. Forskare vid Drexel -universitetet tror att tricket för att få tillgång till de skadliga cellmassorna är att ge nanopartiklarna ett nytt utseende - och att dressing för att imponera kommer att kunna få dem förbi tumörens biologiska studsar.

Riktad cancerterapi är mest effektiv när medicinen släpps så nära tumörens inre som möjligt, att öka oddsen för att tränga in och döda cancerceller. Utmaningen som har mött cancerforskare i åratal är att göra ett leveransfordon som är tillräckligt robust för att säkert kunna ta medicinen genom blodomloppet till tumörer - vilket inte är en smidig körning - men också är tillräckligt smidig för att pressa igenom tumörens täta extra cellutrymme - en matris fylld med sockerarter som kallas hyaluronsyra.

I forskning som nyligen publicerats i tidskriften Nano bokstäver , huvudförfattare Hao Cheng, Doktorsexamen, en biträdande professor med ett möte i Drexels tekniska högskola, och anslutning till School of Biomedical Engineering, Vetenskap och hälsosystem; rapporterar att sättet att ta sig förbi tumörens ytterdörr har allt att göra med hur den lilla partikeln passar för resan.

"Det vi har rapporterat här är en strategi för att övervinna biologiska hinder som plågar leverans av medicin, såsom icke -fordons clearance i blodomloppet av värdens immunsystem, och ineffektiv diffusion i den extracellulära matrisen av tumörceller, "Cheng sa." Det är en unik strategi som involverar dekoration av nanovehicles med enzymer som är kända för att bryta ner hyaluronsyra, som är en huvudbarriär i det extracellulära rummet, och tillsats av ett extra lager av polyetylenglykol för att delvis täcka enzymerna. "

I artikeln "Hyaluronidas inbäddat i Nanocarrier PEG -skal för förbättrad tumörpenetration och mycket effektiv antitumöreffektivitet, "gruppen rapporterar att deras metod är fyra gånger mer effektiv för att skicka nanopartiklar till en fast tumör än en av de bästa strategierna som för närvarande används. När cancermedicin laddas i den lilla partikeln, Det har visat sig hämma tillväxten av en typ av aggressiv bröstcancer.

Laget, som också inkluderade forskarna Wilbur Bowne, MD, docent i Drexel's College of Medicine; Dimitrios Arhontoulis, en kandidatexamen i Drexels School of Biomedical Engineering, Vetenskap och hälsosystem; huvudförfattare Hao Zhou och Zhiyuan Fan, doktorander, Junjie Deng, Doktorsexamen, postdoktorer, och Pelin citroner, en doktorand, alla på materialvetenskapliga och tekniska avdelningen vid College of Engineering, skapade sin nanopartikeldräkt genom att börja med en som är vanlig inom detta område inom cancerforskning och göra några viktiga förändringar.

"I den allmänna utformningen av nanopartiklar, bioaktiva molekyler - inte begränsade till enzymer - fästes på det yttersta lagret av partiklar, "Cheng sa." Dessa enzymer kan bryta ner den extra cellulära matrisen och förbättra nanopartiklarnas förmåga att tränga igenom fasta tumörer. "

Men i kroppen, denna extra last kan orsaka problem. En fråga är att koppling av enzymer till nanopartiklar kan få dem att komma upp från tumören och rensas av blodomloppet innan läkemedlet levereras. Det finns också en chans att resan genom blodomloppet kan göra enzymerna inerta.

För att motverka dessa frågor och hålla nanopartiklarna på gång, laget bestämde sig för att lägga till ett extra lager som inte bara skyddar den dyrbara nyttolasten, men positionerar också enzymerna för maximal effekt.

"Nyheten i vår design är att vi delvis inbäddade hyaluronidasenzymerna i ett andra polyetylenglykolskikt för att bilda det yttre skalet av nanopartikeln, "Sade Cheng." Denna design minskar dramatiskt enzymens effekt på att bromsa partikelcirkulationen och gör att enzymer kan behålla sin funktion efter att partikeln diffunderar in i tumören. "

Inbäddning av enzymerna i skikten av polyetylenglykol (PEG) säkerställer att nanopartikelns utseende lurar immunsystemet att lämna det ensamt under sin resa till tumören, ändå och fortfarande tillåter partikeln att hantera eventuell hyaluronsyra den möter vid sin penetration av tumören. Andra forskare har testat en teori som först exponerar tumörer för enzymerna, och sedan till nanopartiklar, men detta är inte lika effektivt som Chengs metod, eftersom nanopartiklarna som utvecklats vid Drexel behåller enzymerna under hela deras diffusion till tumörer, minimera onödig nedbrytning av hyaluronsyra.

"Nedbrytningen av hyaluronsyra tar bort barriären för nanopartiklar att diffundera och gör att de får tillgång till fler cancerceller, "Cheng sa." Den förbättrade spridningen ökar också ackumuleringen av nanopartiklar i tumörer, och ju fler nanopartiklar som kommer in i tumörer desto effektivare är de för att minska dess storlek. "

Som en del av forskningen, laget testade sin nanopartikel mot konkurrenter som inte hade ett andra lager av polyetylenglykol och sådana som inte hade ECM-nedbrytande enzymer. Det var ingen överraskning att deras nanopartikel fungerade bättre i både penetrerande tumörer och ackumulerades i cancercellerna.

"Detta spännande, ett nytt nanopartikeldoseringssystem kommer att förbättra leveransen av cancer mot cancer, öka anticanceraktiviteten för att förbättra patientresultaten, "sade Bowne. Han förutser en enorm potential för denna strategi i neoadjuvant och adjuvant miljö för ett antal svårbehandlade cancerformer som lokalt avancerat bröst, bukspottkörtel- och mucinproducerande mag-tarmcancer.