Stora upptäckter kommer i små paket. Få vet det bättre än Ann-Marie Broome, Ph.D., som känner att nanoteknik rymmer medicinens framtid med sin förmåga att leverera kraftfulla läkemedel i små, designerpaket.

Hennes senaste forskning hittar den perfekta applikationen - inriktad på cancerösa hjärntumörceller.

Resultat från hennes senaste artikel publicerad online i den internationella tidskriften Nanomedicin - Framtidsmedicin fann att en lipid-nanocarrier konstruerad för att vara tillräckligt liten för att komma förbi blod-hjärnbarriären kan riktas mot att leverera ett kemoterapeutiskt läkemedel mer effektivt till tumörceller i hjärnan. In vivo -studier visade specifikt upptag och ökad dödande i gliaceller, så mycket att Broome inledningsvis ifrågasatte resultaten.

"Jag blev mycket förvånad över hur effektivt och bra det fungerade när vi fick nanobäraren till dessa celler, " Hon sa, förklarar att de första resultaten var så lovande att hon fick sitt team att upprepa experimenten, med olika cellinjer, forskare och kliniker är glada eftersom det potentiellt pekar vägen till ett nytt behandlingsalternativ för patienter med vissa tillstånd, såsom glioblastoma multiforme (GBM), fokus för denna studie.

Glioblastoma multiforme är en förödande sjukdom utan botande alternativ på grund av flera utmaningar, sa Broome, som är chef för Molecular Imaging vid Medical University of South Carolina Center for Biomedical Imaging och chef för Small Animal Imaging av Hollings Cancer Center. Hjärntumören har en betydande total dödlighet, delvis på grund av dess läge, svårigheter med kirurgisk behandling och oförmåga att få läkemedel genom blod-hjärnbarriären, en skyddande barriär som är utformad för att hålla en stabil miljö i och runt hjärnan.

I 40 procent av fallen, standardbehandlingar kommer att förlänga livslängden med 4 till 7 månader. "Det är verkligen ett dystert resultat. Det finns bättre sätt att leverera vårdstandard."

Det är där Broome och hennes nanoteknologilabb går in.

Nanoteknik är medicin, teknik, kemi, och biologi sammanförda och genomförda på nanoskala, mellan 1 och 1, 000 nanometer. För jämförelse, en tunn tidningssida är cirka 100, 000 nanometer tjock. Broome och hennes team tog vad de vet om cancerens biologi och av trombocyt-härledd tillväxtfaktor (PDGF), ett av många tillväxtfaktorproteiner som reglerar celltillväxt och delning och som också överuttrycks på tumörceller i hjärnan. Med det i åtanke, de konstruerade en micelle som är en fosfolipid nanobärare, "lite fettkula, "för att leverera en koncentrerad dos av kemoterapiläkemedlet temozolomid (TMZ) till GBM -tumörcellerna.

"Miceller av en viss storlek kommer att passera blod-hjärnbarriären som bär en koncentrerad mängd TMZ, "hon förklarade om hur nanotekniken fungerar." PDGF används ungefär som en postadress. Micellen tar den till gatan, och PDGF får det hem. "Denna inriktningsförmåga är viktig eftersom forskare har lärt sig att det är troligt att GBM kommer att återkomma, Hon sa.

"Man tror att satellitceller som lämnats efter kirurgiskt avlägsnande är de snabbast växande och farligaste. Vi försöker döda de snabbt växande satellitcellerna som kommer att växa till nya tumörer på den platsen eller andra. Dessa satellittumörer växer mer aggressivt än andra. Du måste slå dem hårt, snabbt och aggressivt. "

Förvånande, nanoteknik är redan en del av vardagen på många sätt som människor inte inser. Den används i allt från smink som fuktkräm eller UV -solskyddsmedel till glass för att bibehålla frysta temperaturer och krämiga texturer.

Inom medicin, Broome sa, forskare konstruerar nanobärare som är stabila och smygande. "Dina immunceller kan inte attackera dem. De förblir dolda." När paketet kommer dit det går, nanoteknologer har olika metoder för att få micellerna att släppa ut sin nyttolast- ett sätt är att använda den sura karaktären hos en snabbt växande tumör. Vid normal cirkulation, blodets pH är något alkaliskt och micellen förblir intakt. Vad forskare har upptäckt är att i många tumörtyper, pH ändras drastiskt till en sur miljö.

"Medan tumören växer, det skapar avfallsprodukter och metaboliter som förändrar pH, därmed sänka den. När mitten blir mer nekrotisk, det blir ännu surare. "

Förändringen i pH utlöser frisättning av läkemedlet från våra miceller precis där kliniker vill att det ska gå för att minska toxiciteten för resten av kroppen, Hon sa.

"Vi utnyttjar tumörens naturliga miljö såväl som det cellulära uttrycket. Jag är en stor förespråkare för att förstå att mikromiljö har en inverkan på hur bra du kan behandla tumörer. Det är förmodligen varför så många terapier misslyckas - för att du måste ta ta hänsyn till immunsystemet, den lokala miljön, och cellerna själva - alla dessa tre är viktiga överväganden. "

Det är därför nanoteknik har en spets när det gäller att forma framtida cancerbehandlingar.

"Det är mycket viktigt att allmänheten inser att nanoteknik är framtiden. Det påverkar så många olika områden. Det har en tydlig inverkan på cancerbiologin och kan potentiellt påverka cancer som är otillgängliga, obehandlad, outdrivbar - som i normala omständigheter i slutändan är en dödsstöt. "Alltför bekant med detta är forskare och kliniker Amy Lee Bredlau, M.D., chef för MUSC Healths program för pediatrisk hjärntumör, som också var en del av studien. Broome sa att hon uppskattar att ha ett klinikers perspektiv i labbet för att fokusera gruppen på translationella resultat för patienterna.

"Det är därför det är så glädjande att jobba med Amy Lee. Hon arbetar med många cancerformer som det inte finns några alternativ för. Vi försöker ge alternativ."

Bredlau höll med. "Detta papper är spännande eftersom det visar ett nytt tillvägagångssätt för behandling av hjärntumörer, kombinerar nanoteknik som är inriktat på en markör för hjärntumörer med ett specialiserat leveranssystem. Det kommer att tillåta oss så småningom att rikta aggressiva barndom och vuxna hjärntumörer. "

Bredlau sa att hon tar tid från sin kliniska praxis för att vara i Broome forskningslaboratorium eftersom hon vet att det är så hon bäst kan påskynda processen.

"Jag brinner för att förbättra mina patienters liv, nu och i framtiden. Att främja forskning nu är det bästa sättet att förbättra mina patienters liv framöver. "

Bredlau ser att nanoteknik har en kraft att revolutionera behandlingen av hjärntumörer. "När vi fulländar denna strategi, vi kommer att kunna leverera potenta kemoterapier endast till det område som behöver dem. Detta kommer att dramatiskt förbättra våra botemedel samtidigt som en stor del av våra biverkningar från kemoterapi minskas. Tänk dig en värld där en cancerdiagnos inte bara inte var livshotande, men menade inte heller att du skulle vara trött, illamående eller tappa håret. "

Även om de är glada över studiens resultat, Broome varnar för att det finns mycket mer arbete att göra innan nya behandlingsalternativ är tillgängliga för patienter.

"Det kanske är effektivt för alla typer av GBM. Det finns såväl undertyper som terapeutiskt resistenta GBM som dessa nanobärare inte påverkar. Vi måste fortsätta noggranna tester för att verifiera och validera våra första fynd."

De kommer att utforska ett expanderande område av riktade biomarkörer som är tillgängliga för GBM -tumörceller. Som vanligt vid bröstcancer och andra cancertyper, denna cancer har specifika cellytreceptorer som är överuttryckta, Hon sa.

Och även om läkemedlet TMZ i detta protokoll fungerar mycket effektivt, det kanske inte är det bästa läkemedlet för majoriteten av folket, Hon sa. "Nu när vi vet att vi kan få läkemedlet till den avsedda platsen och få det att fungera effektivt, vi har en komparator. Vi kan testa mer dödliga och olika kombinationer av läkemedel som aldrig tidigare har använts i detta scenario. "

Denna metod för läkemedelsleverans öppnar också nya fönster för immunterapibehandlingar som ger erkännande internationellt. Broome vill ta kemoterapi och kombinera dem med nya immunterapeutiska behandlingar för att bilda unika kombinationsleveranspaket.

Det är ambitiöst.

Broome, vars lag skämtar om att hon håller "länge, körlista över omöjliga uppgifter, "sa att arbetet också översätter till så många områden bortom cancer, inklusive stroke, transplantation och regenerativ medicin, där det kan användas till exempel vid sårläkning inom dermatologi eller orgelsvården vid transplantation. Det är en anledning till att hon lämnade in sin senaste forskning till en internationell tidskrift eftersom hon vill påskynda framsteg inom nanoteknik, ett område hon utan tvekan kommer att förändra hur medicin görs.

"De är den främsta anledningen till att jag fortsätter att göra det jag gör, ”sa hon om patienterna som står inför dystra diagnoser.” De ger mig hopp. Möjligheterna för nanoterapi är oändliga och ljusa. "