En ny studie utförd av Wilhelm Lab vid University of Oklahoma undersöker en lovande utveckling inom biomedicinsk nanoteknik. Publicerad i Advanced Materials , utforskar studien nya rön om transport av cancernanomediciner till solida tumörer.

En vanlig missuppfattning om många maligna solida tumörer är att de endast består av cancerceller. Fasta tumörer inkluderar dock även friska celler, såsom immunceller och blodkärl. Dessa blodkärl är näringsvägar som tumörer behöver för att växa, men de kan också vara en väg för medicinleverans, inklusive för cancernanomediciner.

Blodkärl, och endotelcellerna i dem, är den transportmetod som undersöks i den nya studien ledd av Lin Wang, Ph.D., som var en postdoktorand forskningsassistent vid Wilhelm Lab medan han genomförde studien och är den första författaren till offentliggörande. Endotelceller kantar blodkärlen och hanterar utbytet mellan blodomloppet och omgivande vävnader. Dessa celler är den första barriären som nanotekniken möter i processen att transporteras in i tumörer.

Forskarna fann att endotelceller i bröstcancertumörer är två gånger mer benägna att interagera med läkemedelsbärande nanopartiklar än endotelceller i frisk bröstvävnad. Wang sa att tumörendotelcellerna har fler transportegenskaper än de friska endotelcellerna, vilket gör dem till idealiska ledningar.

"Om du vet att samma celltyp i tumörvävnader är två gånger mer sannolikt att interagera med dina läkemedelsbärare än i frisk vävnad, så borde du i teorin kunna rikta in dig på dessa celler för att få ännu fler nanopartiklar levererade till tumören, " sa Stefan Wilhelm, Ph.D., docent vid Stephenson School of Biomedical Engineering och motsvarande författare till studien.

Forskningen utfördes på endotelceller isolerade från bröstcancervävnader och isolerade från friska bröstvävnader. Nästa steg för forskningen kommer att innebära att undersöka hur nanopartiklarna reagerar i samband med hela vävnadsarkitekturen.

"Experiment på cellkulturnivå är bara så bra på att försöka rekapitulera vad som händer i kroppen," sa Wilhelm. "I samarbete med kollegor på OU Health Sciences hoppas vi kunna få tag på inte bara celler utan hela tumörvävnaden."

Forskargruppen arbetar med Stephenson Cancer Center för att upprätta ett etikprotokoll som tillåter labbet att få tillgång till lagrade prover av cancervävnad snarare än bara isolerade celler. Wilhelm Lab är inriktat på att studera nanomedicin och använda nanopartiklar för läkemedelstillförsel och diagnostik. I synnerhet är teamet intresserade av att studera leveransen av läkemedel till solida tumörvävnader.

Ur ett ingenjörsperspektiv är en unik fördel med att använda nanopartiklar för läkemedelsleverans att de är små och flexibla nog att utformas som direktleveransfordon. I en laboratoriemiljö är nanopartiklarna ofta utformade som små sfärer och laddade med nödvändiga droger. Sedan, på kliniker, ges de ofta intravenöst till patienter. Dessa läkemedel cirkulerar genom blodomloppet, och några av dem kommer in i tumören.

Det finns utmaningar förknippade med denna typ av medicintransport. En är att dessa nanopartiklar cirkulerar i hela kroppen, och följaktligen ackumuleras de i andra organ – så kallade off-target-organ – som lever, mjälte och njurar. Eftersom dessa organ filtrerar blod tar de bort nanopartiklarna, som ofta anses vara främmande föremål av kroppen.

Området nanomedicin har funnits i mer än 40 år, och det finns tiotusentals publikationer om användning av nanopartiklar för att behandla cancer i det prekliniska skedet. Men det finns en koppling mellan antalet prekliniska publikationer och antalet FDA-godkända formuleringar av nanopartiklar som faktiskt används på kliniker.

Av dessa godkända formuleringar används en bråkdel för solida tumörer, och de flesta behandlar flytande tumörer, såsom leukemi. Wilhelm spekulerar att detta delvis beror på att det saknas full förståelse för hur nanopartikelleveransprocessen fungerar.

"Och om du inte förstår något helt, är det svårt att utveckla lösningar på de problemen", sa Wilhelm.

"Forskare har börjat gå tillbaka till grunderna för nanomedicinutveckling för att förstå översättningen från det prekliniska till det kliniska rummet. Vårt labb vill fokusera på dessa grunder för att bättre förstå området och leveransmekanismerna specifikt. Om vi ​​förstår dessa grunderna, vi kan bidra ännu mer till fältet", sa Wang.

Enligt Wilhelm är nästa stora fråga denna:nu när labbet har kvantifierat och visat att endotelceller är mer benägna att interagera med och transportera dessa nanomediciner, hur kan den transporten göras mer effektiv och specifik för att avancera kliniska cancerbehandlingar? När dessa frågor besvaras kommer möjligheterna för framtida framsteg inom cancerhälsovården att växa.

"Vi skrapar bara på ytan genom att använda bröstcancer som vårt modell cancersystem, men våra fynd kan vara relevanta för andra typer av solida tumörer också", säger Wilhelm.

Mer information: Lin Wang et al, primära humana bröstcancerassocierade endotelceller gynnar interaktioner med nanomediciner, avancerat material (2024). DOI:10.1002/adma.202403986

Journalinformation: Avancerat material

Tillhandahålls av University of Oklahoma