När du hör ordet "nanomedicin" kan det påminna om scenarier som de i filmen "Fantastic Voyage" från 1966. Filmen skildrar ett medicinskt team som krympt för att åka på ett mikroskopiskt robotskepp genom en mans kropp för att rensa en blodpropp i hans hjärna.

Nanomedicin har inte nått den nivån av sofistikering ännu. Även om forskare kan generera nanomaterial som är mindre än flera nanometer - "nano" som indikerar en miljarddels meter - har dagens nanoteknik inte kunnat generera funktionell elektronisk robotik så liten att den kan injicera säkert i blodomloppet. Men sedan begreppet nanoteknik först introducerades på 1970-talet har det gjort sina spår i många vardagsprodukter, inklusive elektronik, tyger, livsmedel, vatten- och luftbehandlingsprocesser, kosmetika och läkemedel. Med tanke på dessa framgångar inom olika områden var många medicinska forskare ivriga att använda nanoteknik för att diagnostisera och behandla sjukdomar.

Jag är en läkemedelsforskare som inspirerades av löftet om nanomedicin. Mitt labb har arbetat med att utveckla cancerbehandlingar med nanomaterial under de senaste 20 åren. Medan nanomedicin har sett många framgångar, har vissa forskare som jag blivit besvikna över dess underväldigande övergripande prestation inom cancer. För att bättre översätta framgång i labbet till behandlingar på kliniken föreslog vi ett nytt sätt att designa cancerläkemedel med nanomaterial. Med denna strategi utvecklade vi en behandling som kunde uppnå full remission hos möss med metastaserad bröstcancer.

Vad är nanomedicin?

Nanomedicin avser användningen av material på nanoskala för att diagnostisera och behandla sjukdomar. Vissa forskare definierar nanomedicin som att omfatta alla medicinska produkter som använder nanomaterial mindre än 1 000 nanometer. Andra använder termen mer snävt för att hänvisa till injicerbara läkemedel som använder nanopartiklar mindre än 200 nanometer. Allt större kanske inte är säkert att injicera i blodomloppet.

Flera nanomaterial har framgångsrikt använts i vacciner. De mest kända exemplen idag är Pfizer-BioNTech och Moderna COVID-19 mRNA-vaccinerna. Dessa vacciner använde en nanopartikel gjord av lipider, eller fettsyror, som hjälper till att föra mRNA:t dit det behöver gå i kroppen för att utlösa ett immunsvar.

Forskare har också framgångsrikt använt nanomaterial i diagnostik och medicinsk bildbehandling. Snabba COVID-19-tester och graviditetstester använder guldnanopartiklar för att bilda det färgade bandet som anger ett positivt resultat. Magnetisk resonanstomografi, eller MRI, använder ofta nanopartiklar som kontrastmedel som hjälper till att göra en bild mer synlig.

Flera nanopartikelbaserade läkemedel har godkänts för cancerbehandling. Doxil (doxorubicin) och Abraxane (paklitaxel) är kemoterapiläkemedel som använder nanomaterial som leveransmekanism för att förbättra behandlingens effektivitet och minska biverkningar.

Cancer och nanomedicin

Nanomedicinens potential att förbättra ett läkemedels effektivitet och minska dess toxicitet är attraktivt för cancerforskare som arbetar med läkemedel mot cancer som ofta har starka biverkningar. Faktum är att 65 % av de kliniska prövningarna med nanopartiklar fokuserar på cancer.

Tanken är att nanopartikelcancerläkemedel skulle kunna fungera som biologiska missiler som förstör tumörer samtidigt som de minimerar skador på friska organ. Eftersom tumörer har läckande blodkärl, tror forskare att detta skulle tillåta nanopartiklar att ackumuleras i tumörer. Omvänt, eftersom nanopartiklar kan cirkulera i blodomloppet längre än traditionella cancerbehandlingar, kan de ackumuleras mindre i friska organ och minska toxiciteten.

Även om dessa designstrategier har varit framgångsrika i musmodeller, har de flesta nanopartikelcancerläkemedel inte visat sig vara effektivare än andra cancerläkemedel. Dessutom, medan vissa nanopartikelbaserade läkemedel kan minska toxiciteten för vissa organ, kan de öka toxiciteten i andra. Till exempel, medan den nanopartikelbaserade Doxil minskar skador på hjärtat jämfört med andra kemoterapialternativ, kan den öka risken för att utveckla hand-fot-syndrom.

Förbättring av nanopartikelbaserade cancerläkemedel

För att undersöka sätt att förbättra hur nanopartikelbaserade cancerläkemedel utformas, undersökte mitt forskarteam och jag hur väl fem godkända nanopartikelbaserade cancerläkemedel ackumuleras i tumörer och undviker friska celler jämfört med samma cancerläkemedel utan nanopartiklar. Baserat på resultaten av vår labbstudie föreslog vi att design av nanopartiklar för att vara mer specifika för deras avsedda mål skulle kunna förbättra deras översättning från djurmodeller till människor. Detta inkluderar att skapa nanopartiklar som tar itu med bristerna hos ett visst läkemedel – som vanliga biverkningar – och att ta reda på vilka typer av celler de bör rikta in sig på i varje särskild cancertyp.

Med dessa kriterier designade vi en nanopartikelbaserad immunterapi för metastaserad bröstcancer. Vi identifierade först att bröstcancer har en typ av immuncell som undertrycker immunsvaret, vilket hjälper cancern att bli resistent mot behandlingar som stimulerar immunsystemet att attackera tumörer. Vi antog att även om läkemedel skulle kunna övervinna denna resistens, kan de inte tillräckligt ackumuleras i dessa celler för att lyckas. Så vi designade nanopartiklar gjorda av ett vanligt protein som heter albumin som kan leverera cancerläkemedel direkt till där dessa immunhämmande celler finns.

När vi testade vår nanopartikelbaserade behandling på möss genetiskt modifierade för att ha bröstcancer kunde vi eliminera tumören och uppnå fullständig remission. Alla möss levde fortfarande 200 dagar efter födseln. Vi hoppas att det så småningom kommer att översättas från djurmodeller till cancerpatienter.

Nanomedicinens ljusa men realistiska framtid

Framgången för vissa läkemedel som använder nanopartiklar, såsom COVID-19 mRNA-vaccinerna, har väckt spänning bland forskare och allmänheten om deras potentiella användning vid behandling av olika andra sjukdomar, inklusive samtal om ett framtida cancervaccin. Ett vaccin mot en infektionssjukdom är dock inte detsamma som ett vaccin mot cancer. Cancervaccin kan kräva olika strategier för att övervinna behandlingsresistens. Att injicera ett nanopartikelbaserat vaccin i blodomloppet har också andra designutmaningar än att injicera i muskler.

Även om området för nanomedicin har gjort goda framsteg när det gäller att få ut läkemedel eller diagnostik från labbet och in på kliniken, har det fortfarande en lång väg framför sig. Att lära sig av tidigare framgångar och misslyckanden kan hjälpa forskare att utveckla genombrott som gör att nanomedicin kan leva upp till sitt löfte. + Utforska vidare

En ljuskontrollerad nanomedicin för exakt läkemedelsleverans för att behandla kolorektal cancer

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.