Ett biomimetiskt nanosystem kan leverera terapeutiska proteiner för att selektivt rikta sig mot cancertumörer, enligt ett team av forskare från Penn State.

Använda ett proteintoxin som kallas gelonin från en växt som finns i Himalaya -bergen, forskarna burade proteinerna i självmonterade metall-organiska ramar (MOF) nanopartiklar för att skydda dem från kroppens immunsystem. För att öka läkemedlets livslängd i blodomloppet och att selektivt rikta tumören, laget täckte MOF i en beläggning gjord av celler från själva tumören.

Blod är en fientlig miljö för läkemedelsleverans. Kroppens immunsystem angriper främmande molekyler eller spolar dem ut ur kroppen genom mjälten eller levern. Men celler, inklusive cancerceller, släpper ut små partiklar som kallas extracellulära vesiklar som kommunicerar med andra celler i kroppen och skickar en "ät inte mig" -signal till immunsystemet.

"Vi utformade en strategi för att dra fördel av de extracellulära vesiklar som härrör från tumörceller, "sa Siyang Zheng, docent i biomedicinsk och elektroteknik vid Penn State. "Vi tar bort 99 procent av innehållet i dessa extracellulära vesiklar och använder sedan membranet för att linda in våra metallorganiska ramnanopartiklar. Om vi ​​kan få våra extracellulära vesiklar från patienten, genom biopsi eller kirurgi, då kommer nanopartiklarna att söka efter tumören genom en process som kallas homotypisk inriktning. "

Gong Cheng, huvudförfattare på ett nytt papper som beskriver teamets arbete och en tidigare postdoktor i Zhengs grupp nu vid Harvard, sa, "MOF är en klass av kristallina material monterade av metallnoder och organiska länkar. I vår design, självmontering av MOF-nanopartiklar och inkapsling av proteiner uppnås samtidigt genom ett en-potts-tillvägagångssätt i vattenhaltig miljö. De berikade metallaffinitetsplatserna på MOF -ytor fungerar som knapphaken, så det extracellulära vesikelmembranet kan enkelt böjas på MOF -nanopartiklarna. Vår biomimetiska strategi får de syntetiska nanopartiklarna att se ut som extracellulära vesiklar, men de har önskad last inuti. "

Nanopartikelsystemet cirkulerar i blodomloppet tills det hittar tumören och låser sig till cellmembranet. Cancercellen intar nanopartikeln i en process som kallas endocytos. Väl inne i cellen, den högre surheten i cancercellens intracellulära transportvesiklar gör att de metallorganiska nanopartiklarna bryts isär och släpper ut det toxiska proteinet i cytosol och dödar cellen.

"Vår metall-organiska ram har mycket hög lastkapacitet, så vi behöver inte använda mycket av partiklarna och det håller den allmänna toxiciteten låg, "Sa Zheng.

Forskarna studerade effektiviteten av nanosystemet och dess toxicitet i en liten djurmodell och rapporterade sina fynd i en omslagsartikel i Journal of the American Chemical Society .

Forskarna tror att deras nanosystem tillhandahåller ett verktyg för riktad leverans av andra proteiner som kräver tillslutning från immunsystemet. Penn State har ansökt om patentskydd för tekniken.