Virginia Tech-forskare har utvecklat ett nytt cancerläkemedel som använder guldnanopartiklar skapade av bioteknikföretaget CytImmune Sciences för att leverera paklitaxel - ett vanligt använt kemoterapiläkemedel direkt till en tumör.

På grund av den direkta inriktningen, den nya insatsen ökar inte bara effektiviteten av paklitaxel, det minskar också dramatiskt förödande biverkningar som håravfall, illamående, och nervsmärta.

CytImmune frågade tidigare i år David Kingston, en framstående professor i kemi vid Virginia Tech College of Science, att skapa ett paklitaxelderivat som binder till guldbaserade nanopartiklar i blodomloppet, släpper bara läkemedlet när det är inuti en cancertumör. Paclitaxel kemoterapi används ofta för att behandla bröst, äggstockar, lunga, och tjocktarmscancer.

"Biverkningar av paklitaxel uppstår på grund av att läkemedlet ges intravenöst och därför distribueras i hela kroppen, och inte bara till tumören, sa Kingston, som började på Virginia Tech Department of Chemistry 1971. "Dessutom, lösningsmedlet som används för att möjliggöra infusion har sin egen toxicitet. Paklitaxel skulle kunna vara ett mycket effektivare läkemedel om det kunde riktas direkt mot tumören. Detta skulle tillåta varje dos att ges utan att orsaka betydande biverkningar, och skulle därmed öka potentialen för botemedel."

Med andra ord, tills vidare, leverans av en paklitaxel är lika med ett hagelgevär med pellets. Explosionen av att döda en tumör resulterar i stora sidoskador. Kingston och hans team säger att deras leveranssätt är som ett finstämt gevär, använder CytImmunes guldbaserade nanopartiklar som leveranskula.

Guldnanopartiklarna är dekorerade med både paklitaxel och tumörnekrosfaktor – ett cellsignalerande protein som vanligtvis kallas TNF. Guldnanopartiklar är kända för att klänga runt cancertumörer. TNF binder alltså till tumörens blodkärlsceller, slutligen döda dem och minska det höga trycket inuti tumören, som hindrar paklitaxel från att nå cancercellerna för att döda dem.

Nu, det långsamt frigjorda paklitaxeln som är bundet till guldnanopartiklarna kan nå sina riktade cancerceller för att döda dem.

I tidiga labbtester vid behandling av möss melanom, en dos på 2,5 milligram paklitaxel tillförd på Kingstons nanopartiklar av guld var i princip lika effektiv som en dos på 40 milligram paklitaxel i sig.

Leveransmetoden förväntas snart gå mot klinisk prövning, sa Kingston.

Resultat av Kingston och hans team - inklusive Jielu Zhao, doktorand i kemi 2016, nu kemist på Proctor and Gamble, och Shugeng Cao, en tidigare post-doc forskare också i kemi, nu en docent vid University of Hawaii i Hilo – publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Biokonjugatkemi .

Zhao och Cao utförde själva syntesen av paklitaxelderivaten med de designade länkarna för att låta dem binda till guldnanopartiklarna, med Kingston övervakande.

"Det här tillvägagångssättet har potentialen att vara en spelförändring inom nanopartikelbaserade läkemedelsleveranssystem, sa Kingston, "eftersom det kombinerar kraften i läkemedelsmålinriktning med tumörnekrosfaktor, med fördelarna med nanopartikelleverans, inklusive nanopartikelläkemedels låga toxicitet för normala, frisk vävnad."

"Genom att kombinera den tumörblodkärlförstörande aktiviteten hos TNF med den cancerdödande effekten av paklitaxel på CytImmunes tumörinriktade, "smyga" guld nanopartiklar, Dr. Kingstons team och CytImmunes team kan ha skapat ett nytt cancerläkemedel som är mycket effektivare och mindre giftigt för människokroppen, sa Lawrence Tamarkin, verkställande direktör på CytImmune.

Arbetet med det nya läkemedlet delades upp mellan Virginia Techs huvudcampus i Blacksburg och CytImmunes Rockville, Maryland, huvudkontor. Kingston har samarbetat med CytImmune tidigare om tumörinriktad nanomedicin.

Virginia Tech har tidigare använt guldnanopartiklar i orelaterad anti-cancerforskning, inklusive Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine som i experiment använde guldnanopartiklar för att samla runt tumörer som hittats inuti en hund, och använde sedan en icke-ablativ laser för att rikta in guldnanopartiklarna, och därmed tumörerna. I huvudsak, den veterinära metoden dödade cancerceller genom att värma dem, kontra Kingstons tillvägagångssätt som direkt riktar paklitaxel till tumörer via guldnanopartiklarna.