Forskare från U of T Engineering har upptäckt att en aktiv, snarare än passiv, processen dikterar vilka nanopartiklar som kommer in i solida tumörer. Fyndet höjer tidigare tänkande inom cancernanomedicin och pekar mot mer effektiva nanoterapier.

Den rådande teorin inom cancernanomedicin – ett tillvägagångssätt som möjliggör mer riktade terapier än standardkemoterapi – har varit att nanopartiklar huvudsakligen diffunderar passivt in i tumörer genom små luckor mellan celler i endotelet, som kantar den inre väggen av blodkärlen som stödjer tumörtillväxt.

Forskarna har tidigare visat att mindre än en procent av nanopartikelbaserade läkemedel vanligtvis når sina tumörmål. I den aktuella studien, teamet fann att bland nanopartiklar som penetrerar tumörer, mer än 95 procent passerar genom endotelceller – inte mellan luckor mellan dessa celler.

"Vårt arbete utmanar långvariga dogmer inom området och föreslår en helt ny teori, " säger Abdullah Syed, en medförfattare om studien och postdoktor i Warren Chans labb, en professor vid Institute of Biomaterials and Biomedical Engineering (IBBME) och Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research.

Studien publicerades idag i Naturmaterial .

"Vi såg många nanopartiklar komma in i endotelcellerna från blodkärlen och gå ut i tumören under olika förhållanden. Endotelceller verkar vara avgörande gatekeepers i nanopartikeltransportprocessen."

Syed jämför nanopartiklar med människor som försöker ta sig in på populära restauranger på en hektisk kväll. "Vissa restauranger kräver ingen bokning, medan andra har dörrvakter som kontrollerar om besökare gjort reservationer, " säger han. "Bouncers är mycket vanligare än forskare trodde, och de flesta ställen accepterar endast kunder med en reservation."

Forskarna fastställde att passiv diffusion inte var mekanismen för inträde med flera bevislinjer. De tog mer än 400 bilder av vävnadsprover från djurmodeller, och såg få endotelluckor i förhållande till nanopartiklar. De observerade samma trend med hjälp av 3D-fluorescerande avbildning och avbildning av levande djur.

Liknande, de hittade få luckor mellan endotelceller i prover från humana cancerpatienter.

Gruppen tog sedan fram en djurmodell som helt stoppade transporten av nanopartiklar genom endotelceller. Detta gjorde det möjligt för dem att isolera bidraget från passiv transport via luckor mellan endotelceller, vilket visade sig vara minimalt.

Forskarna antyder flera aktiva mekanismer genom vilka endotelceller kan transportera nanopartiklar in i tumörer, inklusive bindande mekanismer, intra-endotelkanaler och ännu oupptäckta processer, allt som de undersöker.

Under tiden, resultaten har stora konsekvenser för nanopartikelbaserad terapi.

"Dessa fynd kommer att förändra hur vi tänker på att leverera läkemedel till tumörer med hjälp av nanopartiklar, " säger Shrey Sindhwani, också en co-lead författare på tidningen och en MD/Ph.D. student i Chans labb. "En bättre förståelse av fenomenet nanopartikeltransport kommer att hjälpa forskare att utforma effektivare terapier."