Stefan Wilhelm är huvudförfattare till ett nytt granskningsarbete som visar att mindre än en procent av designer -nanopartiklar faktiskt når sitt avsedda mål. Upphovsman:Neil Ta
Att rikta cancerceller mot förstörelse samtidigt som man lämnar friska celler ensamma - det har varit löftet om det framväxande området nanomedicin för cancer. Men en ny metaanalys från U från T's Institute of Biomaterials &Biomedical Engineering (IBBME) indikerar att framstegen hittills har varit begränsade och nya strategier behövs för att löftet ska bli verklighet.
"Mängden forskning om att använda konstruerade nanopartiklar för att leverera cancerläkemedel direkt till tumörer har ökat stadigt under det senaste decenniet, men det finns väldigt få formuleringar som används hos patienter. Frågan är varför? "Säger professor Warren Chan (IBBME, ChemE, MSE), seniorförfattare på granskningsrapporten som publicerades idag i Naturrecensioner Material . "Vi kände att det var dags att titta närmare på fältet."
Chan och hans medförfattare analyserade 117 publicerade artiklar som registrerade effektivitet för olika nanopartiklar till tumörer-det vill säga andelen injicerade nanopartiklar som faktiskt når sitt avsedda mål. Till deras förvåning, de fann att medianvärdet var cirka 0,7 procent av injicerade nanopartiklar som nådde sina mål, och att detta antal inte har förändrats under de senaste tio åren. "Om nanopartiklarna inte levereras till tumören, de kan inte fungera som utformade för många nanomediciner, säger Chan.
Ännu mer överraskande var att förändring av nanopartiklar i sig själva gjorde liten skillnad i nettoeffektivitet. "Forskare har provat olika material och nanopartikelstorlekar, olika ytbeläggningar, olika former, men alla dessa variationer leder till ingen skillnad, eller bara små skillnader, säger Stefan Wilhelm, en postdoktoral forskare i Chans laboratorium och huvudförfattare till tidningen. "Dessa resultat tyder på att vi måste tänka mer på biologin och mekanismerna som är involverade i leveransprocessen snarare än att bara ändra egenskaper hos nanopartiklarna själva."
Wilhelm påpekar att nanopartiklar har vissa fördelar. Till skillnad från kemoterapimedicin som går överallt i kroppen, droger som levereras av nanopartiklar ackumuleras mer i vissa organ och mindre i andra. Detta kan vara fördelaktigt:till exempel en nuvarande behandling använder nanopartiklar som kallas liposomer för att inkapsla cancerläkemedlet doxorubicin.
Denna inkapsling minskar ackumuleringen av doxorubicin i hjärtat, vilket minskar kardiotoxiciteten jämfört med administrering av läkemedlet på egen hand.
Tyvärr, majoriteten av injicerade nanopartiklar, inklusive liposomer, hamnar i levern, mjälte och njurar, vilket är logiskt eftersom uppgiften för dessa organ är att rensa främmande ämnen och gifter från blodet. Detta tyder på att för att förhindra att nanopartiklar filtreras ur blodet innan de når måltumören, forskare kan behöva kontrollera interaktionen mellan dessa organ med nanopartiklar.
Det kan vara så att det finns en optimal partikelytkemi, storlek, eller form som krävs för att komma åt varje typ av organ eller vävnad. En strategi som författarna driver är att konstruera nanopartiklar som dynamiskt kan reagera på förhållanden i kroppen genom att ändra sina ytor eller andra egenskaper, ungefär som proteiner gör i naturen. Detta kan hjälpa dem att undvika att filtreras bort av organ som levern, men samtidigt för att ha de optimala egenskaper som behövs för att komma in i tumörer.
Mer allmänt, författarna hävdar att för att öka nanopartiklarnas effektivitet, en systematisk och samordnad långsiktig strategi är nödvändig. Att bygga en stark grund för området nanomedicin inom cancer, forskare kommer att behöva förstå mycket mer om samspelet mellan nanopartiklar och kroppens olika organ än vad de gör idag. För detta ändamål, Chans laboratorium har utvecklat tekniker för att visualisera dessa interaktioner över hela organ med hjälp av optisk 3D -mikroskopi, en studie publicerad i ACS Nano Denna vecka.
Dessutom, teamet har skapat en öppen onlinedatabas, kallade Cancer Nanomedicine Repository som gör det möjligt att samla in och analysera data om nanopartikeleffektivitet från alla studier, oavsett var den publiceras. Teamet har redan laddat upp data som samlats in för den senaste tidningen, men när databasen går live i juni, forskare från hela världen kommer att kunna lägga till sina data och genomföra analys i realtid för deras specifika intresseområde.
"Det är en stor utmaning att samla in och hitta sätt att sammanfatta data från ett decennium av forskning, men den här artikeln kommer att vara oerhört användbar för forskare inom området, "säger professor Julie Audet (IBBME), en medarbetare i studien.
Wilhelm säger att det finns en lång väg att gå för att förbättra den kliniska översättningen av cancer -nanomediciner, men han är optimistisk om resultaten. "Från den första publikationen om liposomer 1965 till när de först godkändes för behandling av cancer, det tog 30 år, "säger han." 2016, vi har redan mycket data, så det finns en chans att översättningen av nya cancer -nanomediciner för kliniskt bruk kan gå mycket snabbare den här gången. Vår metaanalys ger en "verklighetskontroll" av det aktuella tillståndet för cancer-nanomedicin och identifierar de specifika forskningsområden som måste undersökas för att säkerställa att det sker en snabb klinisk översättning av utvecklingen av nanomedicin. "
