Vid behandling av cancer, kemoterapi är en klyvare, inte en skalpell. Genom att attackera snabbt delande celler, kemoterapi bekämpar effektivt tumörer, men det härjar också friska celler i tarmen, benmärg, hårbotten och andra organ, som leder till allvarliga biverkningar. Dessa giftiga kemikalier räddar liv, men till en stor kostnad för patientens välbefinnande.

I ett försök att tippa balansen mot kemoterapins fördelar, Glen Kwon, professor vid University of Wisconsin – Madison School of Pharmacy, vänder sig till nanopartiklar som kan förbättra dessa läkemedels terapeutiska egenskaper.

I nytt arbete som nyligen publicerats i tidskriften ACS Nano , Kwons laboratorium utvecklade en stabiliserad form av ett vanligt kemoterapimedel, gemcitabin, och inneslutet det i nanopartiklar som kan bromsa deras frisättning. I musmodeller av mänsklig lungcancer, det förbättrade läkemedlet inhiberade tumörtillväxt mer effektivt än standard gemcitabin.

"Det har varit mycket hype om nanoteknik, "säger Kwon, som har arbetat inom fältet i mer än 20 år. "Det är ett ambitiöst mål:att rikta droger till specifika platser i vår kropp."

Det målet kan vara långt borta, Kwon säger, men partiklar som överför läkemedel till kroppen - kända som nanobärare - visar sig redan vara effektiva. "Vad nanobärare kan göra är att minska toxiciteten, " han säger.

I arbetet med sin doktorand Tony Tam för två år sedan, Kwon utvecklade ett förbättrat system för att leverera kemoterapiläkemedlet paklitaxel, säljs vanligtvis som Taxol, under behandlingen. Tam fäst en kort kedja mjölksyra till läkemedlet, vilket hjälpte den att ladda in i nanocarrier gjorda, till viss del, av mjölksyra. Nanobäraren har använts hos människor tidigare.

Så när man vänder sig till gemcitabin, Tam försökte samma taktik - lägg på kedjor av mjölksyra och ladda den i nanobäraren.

"Men den första prövningen som vi hade var inte alls stabil, säger Tam, nu seniorforskare vid Merck i San Francisco. För att öka läkemedlets stabilitet, han vände sig till 30-årigt arbete från Japan.

På 1980 -talet, forskare vid Kyoto -universitetet kombinerade kedjor av mjölksyra som var identiska med undantag för en nyckelfunktion - deras skicklighet. Många molekyler finns i spegelbildsformer av sig själva, och när de japanska forskarna kombinerade vänster- och högerhänta versioner av mjölksyrapolymerer, de resulterande kristallerna, kallas stereokomplex, var mycket stabilare.

När Tam producerade gemcitabin-länkade stereokomplex av mjölksyra och laddade dem i nanobäraren, läkemedlets stabilitet ökade. Jämfört med gemcitabin som endast är fäst vid den vänsterhänta formen av mjölksyra, stereokomplexet släppte gemcitabin 15 gånger långsammare i en konstgjord lösning. Eftersom gemcitabin bryts ner så snabbt i kroppen, det ges vanligtvis vid höga doser för att säkerställa att tillräckligt når tumören. Om detta nanocarrier -system bromsade frisättningen i kroppen, det kan betyda mildare doser.

Nyfiket, nanopartiklarna antog en oväntad form. Medan liknande nanobärare omsluter läkemedel i en sfär, bilder tagna i atomskala visar gemcitabin stereokomplex som antar en utsträckt, cylindrisk form. Du kan stapla 10, 000 av dessa cylindrar ände-mot-ände inom tjockleken på ett papper.

Hos möss som har en icke-småcellig lungcancerlinje från människor, behandling med de stereokomplexa nanobärarna under tre veckor hindrade tumörerna från att växa. I kontrast, tumörerna mer än fördubblades i storlek hos mössen behandlade med standard gemcitabin. Mössen behandlades med en ganska låg dos för att bedöma skillnader mellan formerna av gemcitabin.

"I slutändan är vårt mål att få detta till människor, "säger Kwon, lägga till att många steg, som att skala upp produktionen och preliminära säkerhetsstudier, kommer att krävas.

Med Wisconsin Alumni Research Foundation, Kwon och Tam lämnade in ett patent baserat på deras modifieringar av gemcitabin som förbättrade dess stabilitet och frigörelse. Och Kwon grundade Co-D Therapeutics, ett prekliniskt företag som utvecklar nanocarrierbaserade läkemedel baserat på hans tidigare arbete med paklitaxel.

"Denna forskning förlitade sig på riktigt bra lagarbete i School of Pharmacy community, säger Tam, noterade att medlemmar i två andra laboratorier i skolan bidrog till ACS Nano -papperet.

"Samarbete är mycket viktigt."