Nanopartiklar som kallas Cornell dots, eller C-punkter, har visat mycket lovande som ett terapeutiskt verktyg för att upptäcka och behandla cancer.

Nu, de ultrasmå partiklarna – utvecklade för mer än ett dussin år sedan av Ulrich Wiesner, Spencer T. Olin professor i teknik – har visat att de kan göra något ännu bättre:döda cancerceller utan att fästa ett cellgift.

En studie ledd av Michelle Bradbury, chef för intraoperativ bildbehandling vid Memorial Sloan Kettering Cancer Center och docent i radiologi vid Weill Cornell Medicine, och Michael Overholtzer, cellbiolog vid MSKCC, i samarbete med Wiesner har kastat en överraskande vändning i den decennielånga strävan att få C-prickar ut ur labbet och att användas som en klinisk terapi.

Deras papper, "Ultrasmå nanopartiklar inducerar ferroptos av näringsberövade cancerceller och undertrycker tumörtillväxt, " publicerades 26 september i Naturens nanoteknik . Verket beskriver hur C prickar, administreras i stora doser och med tumörerna i ett tillstånd av näringsbrist, utlösa en typ av celldöd som kallas ferroptos.

"Om du var tvungen att designa en nanopartikel för att döda cancer, det här skulle vara precis så du skulle göra, " sade Wiesner. "Partikeln tolereras väl i normalt frisk vävnad, men så fort du har en tumör, och under mycket specifika förhållanden, dessa partiklar blir mördare."

"Faktiskt, " sa Bradbury, "det här är första gången vi har visat att partikeln har inneboende terapeutiska egenskaper."

Wiesners fluorescerande kiseldioxidpartiklar, så liten som 5 nanometer i diameter, designades ursprungligen för att användas som diagnostiska verktyg, fäster på cancerceller och lyser upp för att visa en kirurg var tumörcellerna finns. Potentiella användningsområden inkluderade också läkemedelstillförsel och miljöavkänning. En första klinisk prövning i människa av Food and Drug Administration, ledd av Bradbury, ansåg att partiklarna var säkra för människor.

Vid ytterligare testning av partiklarna under de senaste fem åren – inklusive de senaste 13 månaderna som medlem av Centers of Cancer Nanotechnology Excellence, ett initiativ från National Cancer Institute etablerades i augusti 2015 – Bradbury, Overholtzer, Wiesner och deras medarbetare gjorde detta stora, oväntat fynd.

När de inkuberas med cancerceller i höga doser – och, viktigt, med cancerceller i ett tillstånd av näringsbrist – Wiesners peptidbelagda C-prickar visar förmågan att adsorbera järn från omgivningen och leverera detta till cancerceller. Peptiden, kallas alfa-MSH, utvecklades av Thomas Quinn, professor i biokemi vid University of Missouri.

Denna process utlöser ferroptos, en nekrotisk form av celldöd som involverar bristning av plasmamembranet – skiljer sig från den typiska cellfragmentering som hittas under en mer allmänt observerad form av celldöd som kallas apoptos.

"Det ursprungliga syftet med att studera prickarna i celler var att se hur väl större koncentrationer skulle tolereras utan att förändra cellulär funktion, ", sa Overholtzer. "Medan höga koncentrationer tolererades väl under normala förhållanden, vi ville också veta hur cancerceller under stress kan reagera."

Till gruppens förvåning, inom 24 till 48 timmar efter att cancercellerna exponerades för prickarna, det fanns en "våg av förstörelse" genom hela cellkulturen, sa Wiesner. Tumörer krympte också när möss fick flera högdosinjektioner utan några biverkningar, sa Bradbury, co-director med Wiesner för MSKCC-Cornell Center for Translation of Cancer Nanomedicines.

I den pågående kampen mot en sjukdom som dödar miljoner världen över årligen – har cancer tagit flera i Wiesners familj, gör detta också till ett personligt korståg för honom. Att ha ett annat vapen kan bara hjälpa, sa Wiesner.

"Vi har hittat ett annat verktyg som folk inte har tänkt på alls hittills, ", sa han. "Detta har förändrat vårt sätt att tänka om nanopartiklar och vad de skulle kunna göra."

Framtida arbete kommer att fokusera på att använda dessa partiklar i kombination med andra standardterapier för en given tumörtyp, Bradbury sa, med hopp om att ytterligare förbättra effektiviteten innan de testas på människor.

Forskare kommer också att försöka skräddarsy partikeln för att rikta in sig på specifika cancerformer. "Det handlar om att designa partiklarna med olika fästen på dem, så de kommer att binda till den specifika cancer vi är ute efter, " sa Overholtzer.