Många kemoterapeutiska medel som används för att behandla cancer är förknippade med biverkningar av varierande svårighetsgrad, eftersom de är toxiska för normala celler såväl som maligna tumörer. Detta har motiverat sökandet efter effektiva alternativ till de syntetiska läkemedel som de flesta cancerformer för närvarande behandlas med. Användningen av kalciumfosfat och citrat för detta ändamål har diskuterats i några år nu, eftersom de leder till celldöd när de levereras direkt till celler, medan deras närvaro i cirkulationen har liten eller ingen toxisk effekt. Problemet består i att hitta sätt att övervinna de mekanismer som styr upptaget av dessa föreningar i celler, och att säkerställa att föreningarna verkar selektivt på de celler som man önskar eliminera. Forskare vid Institutionen för kemi vid LMU, ledd av Dr. Constantin von Schirnding, Dr Hanna Engelke och Prof. Thomas Bein, rapportera nu utvecklingen av en klass av nya amorfa nanopartiklar som består av kalcium och citrat, som är kapabla att bryta hindren för upptag, och döda tumörceller på ett målinriktat sätt.

Både kalciumfosfat och citrat är involverade i regleringen av många cellulära signalvägar. Därav, nivåerna av dessa ämnen som finns i cytoplasman är noggrant kontrollerade, för att undvika störningar av dessa vägar. Avgörande, nanopartiklarna som beskrivs i den nya studien kan kringgå dessa regulatoriska kontroller. "Vi har preparerat amorfa och porösa nanopartiklar som består av kalciumfosfat och citrat, som är inkapslade i ett lipidskikt, " förklarar von Schirnding. Inkapslingen säkerställer att dessa partiklar lätt tas upp av celler utan att utlösa motåtgärder. Väl inne i cellen, lipidskiktet bryts effektivt ned, och stora mängder kalcium och citrat deponeras i cytoplasman.

Experiment på odlade celler visade att partiklarna är selektivt dödliga - dödar cancerceller, men lämnar friska celler (som också tar upp partiklar) i huvudsak oskadda. "Klart, partiklarna kan vara mycket giftiga för cancerceller. Verkligen, vi fann att ju mer aggressiv tumören var, ju större dödande effekt, säger Engelke.

Under cellupptaget, nanopartiklarna får en andra membranbeläggning. Författarna till studien postulerar att en okänd mekanism - som är specifik för cancerceller - orsakar en bristning av detta yttre membran, tillåta innehållet i vesiklarna att läcka in i cytoplasman. I friska celler, å andra sidan, detta yttersta lager behåller sin integritet, och vesiklarna utsöndras därefter intakta i det extracellulära mediet.

"Den mycket selektiva toxiciteten hos partiklarna gjorde det möjligt för oss att framgångsrikt behandla två olika typer av mycket aggressiva pleurala tumörer hos möss. Med bara två doser, administreras lokalt, vi kunde minska tumörstorlekarna med 40 och 70 %, respektive, säger Engelke. Många pleurala tumörer är metastaserande produkter av lungtumörer, och de utvecklas i pleurahålan mellan lungan och bröstkorgen. Eftersom denna region inte förses med blod, det är otillgängligt för kemoterapeutiska medel. "I kontrast, våra nanopartiklar kan föras in direkt i pleurahålan, säger Bein. Dessutom, under loppet av en två månader lång behandling, inga tecken på allvarliga biverkningar upptäcktes. Övergripande, dessa resultat tyder på att de nya nanopartiklarna har stor potential för vidareutveckling av nya behandlingar för andra typer av cancer.