Magnetische nanodeeltjes vervoeren geneesmiddelen diep in tumoren om de groei van kanker te vertragen

Geneesmiddelen en andere behandelingen kunnen behoorlijk effectief zijn in het doden van kankercellen, maar velen schieten tekort terwijl ze worstelen om diep in vaste tumoren door te dringen als gevolg van fysieke barrières in het weefsel. Maar in een recente studie gepubliceerd in ACS nanoonderzoekers hebben misschien een manier gevonden om ze door te halen.

Een team van bio -engineers aan de Universiteit van Pennsylvania transporteerde therapeutische nanodeeltjes, met magnetische kernen, in de diepten van tumoren door ze te trekken met een extern magnetisch apparaat. Werkend in een muismodel van drievoudig-negatieve borstkanker, gebruikten de onderzoekers hun benadering om tumorgroei veel meer te vertragen dan behandeling met nanodeeltjes die niet worden blootgesteld aan een magnetisch veld.

“De resultaten zijn bemoedigend, vooral omdat er niet veel effectieve behandelingen zijn voor drievoudige-negatieve borstkanker,” zei Tatjana Atanasijevic, Ph.D., een wetenschappelijke programmamanager in de divisie Applied Science & Technology bij het National Institute of Biomedical Imaging and Biobeeing (NIBIB). “Deze magnetische deeltjes zijn uitstekende geneesmiddelendragers en beeldvormers en kunnen nu ook een fysieke blokkade doorbreken die voorheen ondoordringbaar leek.”

Chemotherapie en andere gemeenschappelijke vormen van kankerbehandeling vallen aan dat cellen snel zonder onderscheid cellen verdelen, wat soms ernstige bijwerkingen veroorzaakt bij anders gezond weefsel. Een langdurig doel van onderzoekers van kanker was om strategieën te ontwikkelen die specifiek tumoren richten.

Een dergelijke strategie maakt gebruik van de lekheid van abnormaal gevormde bloedvaten in tumoren. Met behulp van nanomaterialen kunnen onderzoekers medicijnen leveren in pakketten die groot genoeg zijn om meestal uit gezonde weefsels te blijven met intact vaatstelsel, maar nog steeds klein genoeg om door de gaten in tumorvaten te glippen.

Maar hoewel deze geneesmiddelendragers technisch tumorweefsel kunnen betreden, komen ze meestal niet ver.

“Door deze route te gaan, voorkomt je dat een opname van normaal weefsel, maar dan is de uitdaging dat de nanodeeltjes veel groter zijn dan de medicijnen alleen, dus ze dringen niet zoveel in de tumor. Ze raken gewoon vast rond de bloedvaten,” zei Andrew Tsourkas, Ph.D., een professor van bio-engineering in de universiteit van Pennsylvania en co-lead-auteur van de studie.

Om therapeutica dieper in het dichte weefsel in tumoren te helpen, probeerden Tsourkas en zijn collega’s de trekkracht van magnetisme te gebruiken, die al routinematig in de kliniek wordt gebruikt. Met deze benadering zouden nanodeeltjes passief lekken uit de gaten in bloedvaten van een tumor en dan zou een magnetisch veld ze gelijkmatiger kunnen verspreiden tijdens de massa.

In een eerdere studiehebben de onderzoekers een twee-magneetsysteem ontworpen om magnetische ijzeroxide nanodeeltjes dieper in tumoren bij muizen te trekken. Ze kregen enige grond met deze aanpak en stimuleerden de deeltjes verder, maar het proces duurde acht uur blootstelling aan het magnetische veld. En toch was het grootste deel van de tumor onaangeroerd omdat het systeem slechts in staat was om in één richting te trekken.

Voortbouwend op dit onderzoek bouwde het team een ​​cilindrisch, acht-magneet-systeem-met betrekking tot een miniatuur magnetische resonantie-beeldvorming (MRI) -machine-dat een sterker magnetisch veld kon genereren, die een uiterlijke aantrekkingskracht uit het midden van de opening zou uitoefenen. Ze wilden leren of het apparaat een betere penetratie van deeltjes zou kunnen bereiken en meer tumorcellen kon vernietigen.

De auteurs beklede clusters van magnetische nanodeeltjes met een chemische stof die wordt gebruikt in kankerbehandelingen met de naam chloor E6 of CE6, die, wanneer het wordt getroffen door bepaalde soorten licht, reactieve moleculen produceert, bekend als vrije radicalen, die giftig zijn voor nabijgelegen cellen.

De onderzoekers hebben deze gecoate nanodeeltjesclusters intraveneus geïnjecteerd in muizen die drievoudige-negatieve borsttumoren in de buurt van het oppervlak van hun buik dragen en plaatsten vervolgens de middensies van de dieren in hun magnetische apparaat. Na drie uur gebruikte het team MRI om te bevestigen dat de deeltjes, wiens magnetische eigenschappen ze zeer zichtbaar maken met dit soort beeldvorming, verzameld en verspreid in tumoren veel meer dan in een groep waar geen magnetisch veld werd toegepast.

Vervolgens schenen de onderzoekers rode lasers door de huid van dieren en in borsttumoren, waardoor de CE6 -coatings worden geactiveerd.

Ter vergelijking werd een andere groep muizen behandeld met het eerder ontwikkelde twee-magneetapparaat, terwijl een extra groep niet werd blootgesteld aan een magnetisch veld.

De auteurs volgden de groei van de tumoren gedurende 16 dagen en plaatsten vervolgens aan het einde van het experiment tumoren onder een microscoop om naar de deeltjes te zoeken. Ze rapporteerden dat tumoren behandeld met het nieuwe systeem 3,7 keer zoveel deeltjes bevatten, die 3,5 keer dieper doordrongen, vergeleken met tumoren behandeld met het vorige apparaat, wat hun groei uiteindelijk aanzienlijk vertraagde in vergelijking met alle andere groepen.

Na hun doelen te hebben bereikt om de therapeutische dekking in tumoren te verbeteren, werken de onderzoekers nu om te leren of ze de prestaties kunnen behouden of verbeteren door grotere versies van het magnetische systeem te bouwen die geschikt zijn voor mensen.

Het team is ook van plan om andere klinische uitdagingen aan te pakken, waarbij fysieke barrières in het lichaam drugsdoelen moeilijk toe te realiseren maken. Een toepassing kan de technologie gebruiken om therapeutica door kraakbeen te vervoeren om artrose te behandelen.

“Er zijn veel toepassingen waarbij slechte penetratie van geneesmiddelen een belangrijk struikelblok is, van kanker tot gewrichtsziekte tot verschillende longpathologieën. We stellen ons voor dat deze technologie op een dag breed nuttig zou kunnen zijn,” zei Tsourkas.