I ett par första, forskare vid Case Western Reserve University och Massachusetts Institute of Technology har visat att läkemedelskandidaten fenantriplatin kan vara effektivare än ett godkänt läkemedel in vivo, och att en växtvirusbaserad bärare framgångsrikt levererar ett läkemedel in vivo.

Trippelnegativa bröstcancertumörer hos möss behandlade med fenantriplatin-bärande nanopartiklar var fyra gånger mindre än de som behandlades med cisplatin, ett vanligt och besläktat kemoterapiläkemedel, eller fritt fenantriplatin som injiceras intravenöst i cirkulationen.

Forskarna tror att arbetet, redovisas i tidskriften ACS Nano , är ett lovande steg mot kliniska prövningar.

"Vi kan ha hittat den perfekta bäraren för just denna läkemedelskandidat, sa Nicole Steinmetz, en biträdande professor i biomedicinsk teknik vid Case Western Reserve, som har ägnat 10 år åt att studera användningen av växtvirus för medicinska ändamål.

Hon samarbetade med Stephen J. Lippard, Arthur Amos Noyes professor i kemi vid MIT, och en expert på biologiska interaktioner som involverar platinabaserade kemoterapier.

Platinabaserade läkemedel används för att behandla mer än hälften av cancerpatienter som får kemoterapi. Två av de vanligaste läkemedlen är cisplatin och karboplatin. De bildar bifunktionella tvärbindningar med DNA i cancerceller, som blockerar DNA från att transkribera gener och resulterar i celldöd, Lippard förklarade.

Trots utbredd användning, cisplatin har visat sig bota endast testikelcancer, och många cancerformer har eller utvecklar immunitet mot läkemedlet.

Lippards labb förändrade cisplatin genom att ersätta en kloridjon med fenantridin och fann att den nya molekylen också binder till DNA. Istället för att bilda tvärbindningar, dock, fenantriplatin binder till ett enda ställe men blockerar fortfarande transkription.

Faktiskt, hans labb fann att fenantriplatin är upp till 40 gånger mer potent än traditionella platiner när det testas direkt mot cancerceller i lungorna, bröst, ben och andra vävnader. Molekylen verkar också undvika försvarsmekanismer som förmedlar resistens.

Men när det injiceras i musmodeller av cancer, läkemedelskandidaten presterade inte bättre än standardplatiner.

Lippard insåg att fenantriplatin inte nådde sitt mål. Han hade problem med att leverera droger.

Han hittade en potentiell lösning när han besökte Case Western Reserves campus och hörde Steinmetz förklara sitt arbete med att undersöka tobaksmosaikvirus (TMV) för drogtillförsel för mer än ett år sedan.

"Jag föreställde mig att TMV skulle vara det perfekta fordonet, " sa Lippard. "Så vi tog en öl och bildade ett samarbete."

Den långa, tunna nanopartiklar av tobaksmosaikvirus är naturliga för att leverera läkemedelskandidaten till tumörer, sa Steinmetz, som utsågs av Case Western Reserve School of Medicine.

Viruspartiklarna, som inte kommer att infektera människor, är ihåliga. Ett centralt rör ca 4 nanometer i diameter löper längs skalet och fodret bär en negativ laddning.

Fenantriplatin är cirka 1 nanometer tvärs över och, vid behandling med silvernitrat, har en stark positiv laddning. Det går lätt in och binder till mittfodret.

Nanopartikelns långsträckta form får den att tumla längs kanterna på blodkärlen, förbli obemärkt av immunceller och passera genom tumörernas läckande kärlsystem och ackumuleras inuti. Lite frisk vävnad exponeras för det giftiga läkemedlet.

Inuti tumörer, nanopartiklarna samlas inuti de lysosomala avdelningarna av cancerceller, var de är, i huvudsak, smält. pH är mycket lägre än i det cirkulerande blodet, Steinmetz förklarade. Skalet försämras och frisätter fenantriplatin.

Skalet bryts ner till proteiner och rensas genom metaboliska eller naturliga cellulära processer inom en dag medan läkemedelskandidaten börjar blockera transkription, leder till större mängder celldöd genom apoptos än tvärbindande platiner.

Forskarna säger att leverans av fenantriplatin till tumören ledde till dess förbättrade prestanda jämfört med cisplatin eller fritt fenantriplatin.

Lippard och Steinmetz fortsätter att samarbeta, undersöker användningen av detta system för att leverera andra droger eller läkemedelskandidater, användning vid andra typer av cancer, tillägg av medel på utsidan av skalet för att öka ackumuleringen inuti tumörer och mer.