University of Toronto Engineering forskare har upptäckt en doströskel som kraftigt ökar leveransen av cancerbekämpande läkemedel till en tumör.

Att fastställa denna tröskel ger en potentiellt universell metod för att mäta nanopartikeldosering och kan hjälpa till att främja en ny generation av cancerterapi, bildbehandling och diagnostik.

"Det är en väldigt enkel lösning, justering av dosen, men resultaten är mycket kraftfulla, " säger MD/Ph.D.-kandidat Ben Ouyang, som ledde forskningen under ledning av professor Warren Chan.

Deras resultat publicerades idag i Naturmaterial , tillhandahåller lösningar på ett problem med läkemedelsleverans som tidigare togs upp av Chan och forskare för fyra år sedan i Naturrecensioner Material .

Nanoteknikbärare används för att leverera läkemedel till cancerställen, vilket i sin tur kan hjälpa en patients svar på behandlingen och minska negativa biverkningar, som håravfall och kräkningar. Dock, i praktiken, få injicerade partiklar når tumörstället.

I den Naturrecensioner Material papper, teamet undersökte litteratur från det senaste decenniet och fann att på median, endast 0,7 procent av de kemoterapeutiska nanopartiklarna gör det till en riktad tumör.

"Löftet om framväxande terapier är beroende av vår förmåga att leverera dem till målplatsen, " förklarar Chan. "Vi har upptäckt en ny princip för att förbättra leveransprocessen. Detta kan vara viktigt för nanoteknik, genom redaktörer, immunterapi, och annan teknik."

Chans team såg levern, som filtrerar blodet, som den största barriären för nanopartikeltillförsel av läkemedel. De antog att levern skulle ha en tröskel för upptagshastighet - med andra ord, när organet blir mättat med nanopartiklar, den skulle inte kunna hålla jämna steg med högre doser. Deras lösning var att manipulera dosen för att överväldiga organets filtrerande Kupffer-celler, som kantar leverkanalerna.

Forskarna upptäckte att injicering av en baslinje på 1 biljon nanopartiklar i möss, in vivo, var tillräckligt för att överväldiga cellerna så att de inte kunde ta upp partiklar snabbt nog för att hålla jämna steg med de ökade doserna. Resultatet är en leveranseffektivitet på 12 procent till tumören.

"Det finns fortfarande mycket arbete att göra för att öka de 12 procenten men det är ett stort steg från 0,7, " säger Ouyang. Forskarna testade också omfattande om överväldigande Kupffer-celler ledde till någon risk för toxicitet i levern, hjärta eller blod.

"Vi testade guld, kiseldioxid, och liposomer, " säger Ouyang. "I alla våra studier, oavsett hur högt vi pressade dosen, vi såg aldrig några tecken på toxicitet."

Teamet använde denna tröskelprincip för att förbättra effektiviteten hos en kliniskt använd och kemoterapiladdad nanopartikel som heter Caelyx. Deras strategi krympte tumörer 60 procent mer jämfört med Caelyx på egen hand vid en bestämd dos av kemoterapiläkemedlet, doxorubicin.

Eftersom forskarnas lösning är enkel, de hoppas kunna se att tröskeln har positiva konsekvenser även i nuvarande konventioner om nanopartikeldosering för kliniska prövningar på människor. De beräknar att den mänskliga tröskeln skulle vara cirka 1,5 kvadriljon nanopartiklar.

"Det finns en enkelhet i den här metoden och avslöjar att vi inte behöver designa om nanopartiklarna för att förbättra leveransen, " säger Chan. "Detta kan lösa ett stort leveransproblem."