Forskare vid Nanyang Technological University (NTU Singapore) har uppfunnit ett nytt sätt att leverera cancerläkemedel djupt in i tumörceller.

NTU-forskarna skapar gasbubblor i mikrostorlek belagda med cancerläkemedelspartiklar och järnoxidnanopartiklar, och använd sedan magneter för att styra dessa bubblor att samlas runt en specifik tumör.

Ultraljud används sedan för att vibrera mikrobubblorna, tillhandahåller energin för att styra läkemedelspartiklarna in i ett målområde.

Denna innovativa teknik utvecklades av ett multidisciplinärt team av forskare, leds av Asst Prof Xu Chenjief från School of Chemical and Biomedical Engineering och Assoc Prof Claus-Dieter Ohl från School of Physical and Mathematical Sciences.

NTU:s mikrobubblor testades framgångsrikt i möss och studien har publicerats av Nature Publishing Group i Asien Material , den bästa tidskriften för materialvetenskap i Asien-Stillahavsområdet.

Att övervinna begränsningar av kemoterapi

Asst Prof Xu, som också är forskare vid NTU-Northwestern Institute for Nanomedicine, sade att deras nya metod kan lösa några av de mest pressande problemen som ställs inför i kemoterapi som används för att behandla cancer.

Huvudfrågan är att nuvarande kemoterapiläkemedel till stor del inte är riktade. Läkemedelspartiklarna strömmar i blodomloppet, skadar både friska och cancerceller. Vanligtvis, dessa läkemedel spolas snabbt bort i organ som lungor och lever, begränsa deras effektivitet.

De återstående läkemedlen kan inte heller tränga djupt in i tumörens kärna, lämnar några cancerceller vid liv, vilket kan leda till att tumörtillväxten återkommer.

"Den första unika egenskapen hos våra mikrobubblor är att de är magnetiska. Efter att ha injicerat dem i blodomloppet, vi kan samla dem runt tumören med hjälp av magneter och se till att de inte dödar de friska cellerna, " förklarar Asst Prof Xu, som har arbetat med cancerdiagnostik och läkemedelstillförselsystem sedan 2004.

"Mer viktigt, vår uppfinning är den första i sitt slag som gör att läkemedelspartiklar kan riktas djupt in i en tumör på några millisekunder. De kan penetrera ett djup av 50 celllager eller mer – vilket är cirka 200 mikrometer, dubbelt så bred som ett människohår. Detta hjälper till att säkerställa att läkemedlen kan nå cancercellerna på ytan och även inuti tumörens kärna."

Klinisk docent Chia Sing Joo, en seniorkonsult vid Tan Tock Seng-sjukhusets endoskopicenter och urologi- och kontinenskliniken, var en av konsulterna för denna studie.

En utbildad robotkirurg med erfarenhet av behandling av prostata, cancer i urinblåsan och njurarna, Assoc Prof Chia sa, "För att läkemedel mot cancer ska uppnå sin bästa effektivitet, de behöver penetrera in i tumören effektivt för att nå cystoplasman hos alla cancerceller som riktas mot utan att påverka de normala cellerna.

"För närvarande, dessa kan uppnås med hjälp av en direkt injektion i tumören eller genom att administrera en stor dos av cancerläkemedel, vilket kan vara smärtsamt, dyr, opraktisk och kan ha olika biverkningar."

Specialisten i uro-onkologi tillade att om NTU:s teknologi visar sig vara genomförbar, läkare kanske kan lokalisera och koncentrera anticancerläkemedlen runt en tumör, och introducera läkemedlen djupt in i tumörvävnaden på bara några sekunder med hjälp av ett kliniskt ultraljudssystem.

"Om det lyckas, Jag ser för mig att det kan vara en bra alternativ behandling i framtiden, en som är låg kostnad och ändå effektiv för behandling av cancer som involverar solida tumörer, eftersom det kan minimera biverkningarna av läkemedel."

Nytt läkemedelstillförselsystem

Motivationen för detta forskningsprojekt är att hitta alternativa lösningar för läkemedelsleveranssystem som är icke-invasiva och säkra.

Ultraljud använder ljudvågor med högre frekvenser än de som hörs av det mänskliga örat. Det används ofta för medicinsk bildbehandling som för att få diagnostiska bilder.

magneter, som kan dra och attrahera mikrobubblorna, används redan i diagnostiska maskiner såsom magnetisk resonanstomografi (MRI).

"Vi tittar på att utveckla nya läkemedelsbärare – väsentligt bättre sätt att leverera läkemedel med minimala biverkningar, " förklarade Prof Ohl, en expert inom biofysik som hade publicerat tidigare studier som involverade system för läkemedelstillförsel och bubbeldynamik.

"De flesta prototyper av läkemedelstillförselsystem på marknaden står inför tre huvudutmaningar innan de kan bli kommersiellt framgångsrika:de måste vara icke-invasiva, patientvänlig och ändå kostnadseffektiv.

"Med hjälp av teorin om mikrobubblor och hur deras yta vibrerar under ultraljud, vi kunde komma på vår lösning som tar itu med dessa tre utmaningar."

Tvärvetenskapligt team

Den här studien, som tog två och ett halvt år, involverade ett 12-manna internationellt tvärvetenskapligt team bestående av NTU-forskare samt forskare från City University of Hong Kong och Tel Aviv University i Israel. Två NTU-studenter som gjorde sitt sistaårsprojekt och en student i Summer Research Internship Program (NTU) ingick också i teamet.

Går vidare, teamet kommer att anta detta nya läkemedelsleveranssystem i studier på lung- och levercancer med hjälp av djurmodeller, och så småningom kliniska studier.

De uppskattar att det kommer att ta ytterligare åtta till tio år innan det når kliniska prövningar på människa.