Forskare från Michigan State University har uppfunnit ett nytt sätt att övervaka kemoterapikoncentrationer, vilket är mer effektivt för att hålla patienternas behandlingar inom det avgörande terapeutiska fönstret.

Med nya framsteg inom medicin som sker dagligen, det finns fortfarande gott om gissningar när det gäller att ge kemoterapi till cancerpatienter. En för hög dos kan leda till att friska vävnader och celler dödas, utlöser fler biverkningar eller till och med dödsfall; för låg dos kan bedöva, istället för att döda, cancerceller, låta dem komma tillbaka, i många fall, mycket starkare och dödligare.

Bryan Smith, docent i biomedicinsk teknik, skapat en process baserad på magnetisk partikelavbildning (MPI) som använder superparamagnetiska nanopartiklar som kontrastmedel och den enda signalkällan för att övervaka läkemedelsfrisättning i kroppen - på tumörplatsen.

"Det är icke-invasivt och kan ge läkare en omedelbar kvantitativ visualisering av hur läkemedlet distribueras var som helst i kroppen, " sa Smith. "Med MPI, läkare i framtiden skulle kunna se hur mycket läkemedel som går direkt till tumören och sedan justera mängder som ges i farten; omvänt, om toxicitet är ett problem, det kan ge utsikt över levern, mjälte eller njurar också för att minimera biverkningar. På det sättet, de kunde exakt säkerställa att varje patient förblir inom det terapeutiska fönstret."

Smiths team, som inkluderade forskare från Stanford University, använde mössmodeller för att para ihop sitt superparamagnetiska nanopartikelsystem med Doxorubicin, ett vanligt använt kemoterapiläkemedel. Resultaten, publiceras i det aktuella numret av tidskriften Nanobokstäver , visa att nanokompositkombinationen fungerar som ett läkemedelstillförselsystem såväl som ett MPI-spårämne.

MPI är en ny bildteknik som är snabbare än traditionell magnetisk resonanstomografi (MRI) och har nästan oändlig kontrast. När den kombineras med nanokompositen, det kan belysa läkemedelsleveranshastigheter i tumörer gömda djupt i kroppen.

När nanokompositen bryts ned, det börjar frigöra doxorubicin i tumören. Samtidigt, järnoxidnanoklustret börjar demonteras, som utlöser MPI-signalförändringarna. Det kommer att göra det möjligt för läkare att se mer exakt hur mycket medicin som når tumören på något djup, sa Smith.

"Vi visade att MPI-signalförändringarna är linjärt korrelerade med frisättningen av Doxorubicin med nästan 100-procentig noggrannhet, " sade han. "Detta nyckelbegrepp gjorde det möjligt för vår MPI-innovation att övervaka läkemedelsfrisättning. Vår translationella strategi att använda en biokompatibel polymerbelagd järnoxidnanokomposit kommer att vara lovande i framtida klinisk användning."

Smith har lämnat in ett provisoriskt patent för sin innovativa process. Dessutom, de individuella komponenterna i nanokompositen som Smiths team skapade har redan fått FDA-godkännande för användning i humanmedicin. Detta bör hjälpa till att påskynda FDA-godkännandet för den nya övervakningsmetoden.

När processen går mot kliniska prövningar, som potentiellt kan börja inom sju år, Smiths team kommer att börja testa multicolor MPI för att ytterligare förbättra processens kvantitativa kapacitet, samt andra läkemedel än Doxorubicin, han sa.