Kemoterapi används ofta som en uppföljande behandling efter kirurgiskt avlägsnande av en cancertumör för att förstöra eventuella kvarvarande cancerceller, men intravenösa cytostatika har ökända biverkningar och är inte alltid effektiva.

I en ny studie, forskare har utvecklat vad som i grunden är en "kemospray" - ett kemoterapiläkemedel som doxorubicin som är inkapslat i nanopartiklar och kan sprayas direkt på vävnadsytan nära tumörstället. På grund av den kemiska sammansättningen av nanopartiklarna och cancercellerna, nanopartiklarna tas effektivt in främst av cancerceller och läkemedelsfrisättning utlöses av den kemiska miljön inuti cancercellerna. Jämfört med konventionell intravenös kemoterapi, den aktuella sprayen lovar att erbjuda en lägre risk för systemisk toxicitet och bättre terapeutiska effekter.

Forskarna, ledd av Hyung Joon Cha vid Pohang University of Science and Technology i Sydkorea, har publicerat ett papper om spraybar cancerterapi i ett färskt nummer av ACS Nano .

Forskarna var tvungna att övervinna flera utmaningar för att utveckla den nanopartikelbaserade kemosprayen. En av de första var att hitta ett sätt för nanopartiklarna att fastna på utsidan av tumörcellerna, som är omgivna av kroppsvätskor. I allmänhet, det är mycket svårt att designa nanopartiklar som kan fästa på fasta ytor i vattenhaltiga miljöer.

För att lösa detta problem, forskarna vände sig till marina musslor, som producerar ett speciellt "mussellim" för att hålla fast vid våta stenar under hårda havsvattenförhållanden. Ny forskning har visat att detta lim, som består av musselhäftande proteiner (MAPs), kan fungera som ett bioadhesivt material för biomedicinska tillämpningar. På grund av den begränsade tillgängligheten av naturliga MAP, i den aktuella studien använde forskarna en bioteknisk form av MAP, som de visade gör det möjligt för nanopartiklarna att fästa på porcin hudvävnadsytor under vattenhaltiga förhållanden i mer än en månad.

Förutom att hjälpa nanopartiklarna att fastna, MAP:erna innehåller också komponenter som gör att de läkemedelsbärande nanopartiklarna kan komma in i och förstöra cancerceller, samtidigt som de kringgår friska celler. En anledning till ett högre cellulärt upptag av nanopartiklar i cancerceller är de högre metaboliska hastigheterna av cancerceller jämfört med normala celler. Dessutom, cancerceller har också negativt laddade ytor, och MAP innehåller positivt laddade rester, orsakar en attraktion mellan nanopartiklarna och cancercellerna.

Nanopartiklarna kommer vanligtvis in i cancercellerna genom en cellulär upptagningsprocess som endocytos, varefter de transporteras till cellens kärna. När de utsätts för den sura miljön av organeller som kallas endolysosomer, nanopartiklarna får triggern för att släppa sin last, såsom doxorubicin eller annat läkemedel mot cancer. Eftersom läkemedelsfrisättningen är pH-känslig, de mycket giftiga läkemedlen förblir inkapslade i nanopartiklarna tills de når endolysosomen i cancercellerna, i allmänhet lämnar andra delar av kroppen oskadda.

Den spraybara behandlingen erbjuder också en andra sorts anticancermedel, en aminosyra som heter DOPA som kommer från det biokonstruerade mussellimet. Förutom att spela en nyckelroll i ytvidhäftning, DOPA utarmar också järnet (Fe3 ⁺ ) i cancerceller. Eftersom järn främjar cancercellsproliferation, dess utarmning bidrar till att ytterligare försvaga cancercellen och leder så småningom till apoptos (celldöd).

"De musselhäftande proteinbaserade spraybara klibbiga nanopartiklarna underlättar inte bara platsriktad administrering av läkemedel via en bekväm sprayprocess under det kirurgiska ingreppet, men också inducera en effektiv anticancereffekt baserad på den signifikant förbättrade läkemedelsretentionen och absorptionseffektiviteten i cancerskadan, " berättade Cha Phys.org . "Därför, vårt nanopartikelbaserade lokaliserade läkemedelstillförselsystem kan kompensera för nackdelarna med låg läkemedelsleveranseffektivitet och systemisk toxicitet i systemiskt tillförselsystem."

I framtiden, forskarna planerar att undersöka sätt att utvidga spraymetoden till olika typer av terapier för att behandla en mängd olika sjukdomar.

"I denna forskning, vi applicerade spraybara självhäftande nanopartiklar på vävnadsytor med hjälp av en lufttrycksförstoftare, ", sade Cha. "Vi planerar att expandera terapeutiska tillämpningar beroende på spraytyper såsom endoskopisk eller laparoskopisk spray för olika cancerbehandlingar. Dessutom, vi kommer att utveckla ett lokalt leveranssystem för olika terapeutiska medel som gen, peptid, eller fototermiska medel såväl som andra kemiska läkemedel."

© 2018 Phys.org