En gåta med cancer är tumörens förmåga att använda våra kroppar som mänskliga sköldar för att avleda behandling. Tumörer växer bland normala vävnader och organ, ger ofta läkare få alternativ än att skada, förgifta eller ta bort friska delar av vår kropp i försök att slå tillbaka cancern med kirurgi, kemoterapi eller strålning.

Men i ett papper publicerat 27 september i tidningen Små , forskare vid University of Washington beskriver ett nytt system för att innesluta kemoterapiläkemedel i små, syntetiska "nanobärare"-paket, som kunde injiceras i patienter och demonteras på tumörstället för att frigöra deras giftiga last.

Gruppen, ledd av UW professor i materialvetenskap och teknik Miqin Zhang, är inte först med att arbeta med nanobärare. Men nanobärarpaketet som utvecklats av Zhangs team är en hybrid av syntetiska material, vilket ger nanobäraren den unika förmågan att transportera inte bara droger, men också små fluorescerande eller magnetiska partiklar för att färga tumören och göra den synlig för kirurger.

"Vårt nanobärarsystem är verkligen en hybrid som tillgodoser två behov - läkemedelsleverans och tumöravbildning, sa Zhang, som är senior författare på tidningen. "Först, denna nanocarrier kan leverera kemoterapidroger och släppa dem i tumörområdet, som skonar frisk vävnad från giftiga biverkningar. Andra, vi laddar nanobäraren med material för att hjälpa läkare att visualisera tumören, antingen med hjälp av ett mikroskop eller genom MR-skanning."

Deras hybrid nanocarrier bygger på år av forskning om de typer av syntetiska material som kan förpacka läkemedel för leverans till en specifik del av en patients kropp. I tidigare försök, forskare försökte ofta först göra en tom nanobärare av ett syntetiskt material. När det väl är monterat, de skulle ladda nanobäraren med ett terapeutiskt läkemedel. Men detta tillvägagångssätt var ineffektivt, och hade en hög risk att skada de ömtåliga drogerna och göra dem ineffektiva.

"De flesta kemoterapiläkemedel har komplexa strukturer - i huvudsak, de är väldigt ömtåliga – och de gör ingen nytta om de är trasiga när de når tumören, " sa Zhang.

Zhangs team arbetade kring detta problem genom att designa en nanocarrier som kan monteras och laddas samtidigt. Deras tillvägagångssätt liknar att lägga last i en fraktcontainer även som behållarens väggar, golv och tak håller på att monteras och bultas ihop.

Denna "belastning under montering" -teknik lät också Zhangs team inkorporera flera kemiska komponenter i nanobärarens struktur, vilket kan hjälpa till att hålla last på plats och göra tumören lätt att avbilda i kliniska miljöer.

Deras nanobärare har en kärna av järnoxid, som ger struktur men kan också användas som bildframkallande medel vid MR-undersökningar. Ett skal av kiseldioxid omger kärnan, och designades för att effektivt stapla kemoterapiläkemedlet paklitaxel. De inkluderade också utrymme i nanobäraren för kolprickar, små partiklar som kan "färga" vävnad och göra det lättare att se under ett mikroskop, hjälpa läkare att lösa gränserna mellan cancer och frisk vävnad för vidare behandling eller operation. Intensiteten hos många bildbehandlingsmedel bleknar med tiden, men Zhang sa att denna nanobärare kan ge varaktig bildbehandling i månader.

Men trots att de har så mycket last, de fulladda nanobärarna är mindre än tjockleken på ett ark tunt anteckningsbokpapper.

Kiseldioxidskalet håller nanobärarna vattentäta. Dessutom, de stör inte frisk vävnad, som Zhangs team visade genom att injicera friska möss med tomma nanobärare eller nanobärare lastade med droglast. Fem dagar efter injektionen, de kontrollerade vitala organ i mössen för bevis på toxicitet och hittade inga.

"Detta skulle tyda på att nanobärarna själva inte utlöser en negativ reaktion i kroppen, och att de laddade nanobärarna håller sin giftiga last skyddad från kroppen, " sa Zhang.

UW-teamet designade också nanobärarna för att lätt kunna demonteras när de nått en önskad plats. Skonsam uppvärmning från lågnivåinfrarött ljus var tillräckligt för att få nanobärarna att brytas isär och tömma sin last, vilket är något läkare kan applicera på tumörstället under behandlingen.

Som deras sista test av nanobärarens effektivitet, Zhangs team vände sig till möss med en form av överförbar cancer. Möss som de injicerade med tomma nanobärare visade ingen minskning av tumörstorleken. Men tumörer krympte avsevärt hos möss som injicerades med nanobärare som var laddade med paklitaxel. De såg en liknande effekt på mänskliga cancerceller odlade och testade i labbet.

"Dessa resultat visar att nanobärarna kan leverera sin last intakt till tumörplatsen, ", sa Zhang. "Och medan vi designade denna nanobärare specifikt för att rymma paklitaxel, det är möjligt att anpassa denna teknik för andra droger."

Det finns fortfarande berg att bestiga innan denna teknik har visat sig vara säker och effektiv för människor. Men Zhang hoppas att hennes teams tillvägagångssätt och lovande resultat kommer att påskynda uppstigningen.