Rishold med MD Anderson, Baylor College of Medicine for at undersøge lægemiddel- og genlevering.
HOUSTON - (9. april 2012) - Brug af lyshøstende nanopartikler til at konvertere laserenergi til "plasmoniske nanobobler", forskere ved Rice University, University of Texas MD Anderson Cancer Center og Baylor College of Medicine (BCM) udvikler nye metoder til injicere lægemidler og genetisk nyttelast direkte i kræftceller. I tests på lægemiddelresistente kræftceller fandt forskerne, at levering af kemoterapi med nanoboble var op til 30 gange mere dødbringende for kræftceller end traditionel lægemiddelbehandling og krævede mindre end en tiendedel af den kliniske dosis.
https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=5ImLfi1Wi5s
”Vi leverer kræftlægemidler eller anden genetisk last på enkeltcelleplan,” sagde Rice's Dmitri Lapotko, en biolog og fysiker, hvis plasmoniske nanoboble-teknik er genstand for fire nye fagfællebedømte undersøgelser, inklusive en, der skulle komme senere i denne måned i tidsskrift Biomaterials og et andet offentliggjort 3. april i tidsskriftet PLoS ONE. ”Ved at undgå sunde celler og levere lægemidlerne direkte inde i kræftceller kan vi samtidig øge lægemidlets effektivitet, samtidig med at dosis sænkes,” sagde han.
Levering af medikamenter og terapier selektivt, så de påvirker kræftceller, men ikke raske celler i nærheden, er en vigtig hindring i levering af medikamenter. Det har været en succes at sortere kræftceller fra sunde celler, men det er både tidskrævende og dyrt. Forskere har også brugt nanopartikler til at målrette kræftceller, men nanopartikler kan optages af sunde celler, så vedhæftning af lægemidler til nanopartiklerne kan også dræbe sunde celler.
Rice's nanobobbles er ikke nanopartikler; snarere er det kortvarige begivenheder. Nanobobblerne er små lommer med luft og vanddamp, der skabes, når laserlys rammer en klynge af nanopartikler og omdannes øjeblikkeligt til varme. Boblerne danner lige under overfladen af kræftceller. Når boblerne ekspanderer og brister, åbner de kort små huller i overfladen af cellerne og tillader kræftlægemidler at haste ind. Den samme teknik kan bruges til at levere genterapier og anden terapeutisk nyttelast direkte i celler.
Denne metode, som endnu ikke er testet i dyr, vil kræve mere forskning, inden den muligvis er klar til human testning, sagde Lapotko, fakultetsmedlem i biokemi og cellebiologi og i fysik og astronomi hos Rice.
Biomaterialsundersøgelsen, der skal gennemføres senere i denne måned, rapporterer selektiv genetisk modifikation af humane T-celler med henblik på anti-kræftcelleterapi. Papiret, som er medforfatter af Dr. Malcolm Brenner, professor i medicin og pædiatri ved BCM og direktør for BCM's Center for Cell and Gene Therapy, fandt, at metoden ”har potentialet til at revolutionere lægemiddelafgivelse og genterapi i forskellige applikationer.”
"Nanobubble-injektionsmekanismen er en helt ny tilgang til lægemiddel- og genlevering," sagde Brenner. ”Det har et stort løfte om selektiv at målrette kræftceller, der er blandet med raske celler i den samme kultur.”
Lapotkos plasmoniske nanobobler genereres, når en puls med laserlys rammer en plasmon, en bølge af elektroner, der skubber frem og tilbage over overfladen af en metalnanopartikel. Ved at matche bølgelængden af laseren til plasmonens og opringe nøjagtigt den rigtige mængde laserenergi, kan Lapotkos team sikre, at nanoboble kun dannes omkring klynger af nanopartikler i kræftceller.
Dmitri Lapotko, Billedkredit: Jeff Fitlow
Brug af teknikken til at få lægemidler gennem en kræftcells beskyttende ydre væg eller cellemembran kan dramatisk forbedre lægemidlets evne til at dræbe kræftcellen, som vist af Lapotko og MD Andersons Xiangwei Wu i to nylige studier, en i Biomaterials i februar og en anden i Advanced Materials i marts.
”At overvinde lægemiddelresistens er en af de største udfordringer i kræftbehandlingen,” sagde Wu. "Målretning af plasmoniske nanobubbler mod kræftceller har potentialet til at forbedre lægemiddelafgivelse og kræftcelle drab."
For at danne nanobobblerne skal forskerne først få guld nanoklustere inde i kræftcellerne. Forskerne gør dette ved at mærke individuelle guldnanopartikler med et antistof, der binder til kræftcelleoverfladen. Celler indtager nanopartiklerne i guld og binder dem sammen i små lommer lige under deres overflader.
Mens nogle få guld-nanopartikler optages af sunde celler, optager kræftcellerne langt mere, og selektiviteten af proceduren skyldes det faktum, at den minimale tærskel for laserenergi, der er nødvendig for at danne en nanoboble i en kræftcelle, er for lav til danne en nanoboble i en sund celle
Forskningen finansieres af National Institute of Health og er beskrevet i følgende nylige artikler:
"Cellespecifik transmembrane injektion af molekylær last med guld nanopartikel-genereret forbigående plasmoniske nanobobbler," som forventes offentliggjort senere i denne måned i Biomaterials. Medforfattere inkluderer Lapotko, Ekaterina Lukianova-Hleb og Daniel Wagner, alle Rice, og BCM's Brenner.
"Plasmonisk nanobubble-forbedrede endosomale flugtprocesser til selektiv og guidet intracellulær levering af kemoterapi til lægemiddelresistente kræftceller," som dukkede op i februarudgaven af Biomaterials. Medforfattere inkluderer Lapotko, Lukianova-Hleb, Andrey Belyanin og Shruti Kashinath, alle Rice, og MD Andersons Wu.
"Plasmoniske nanobobler øger effektiviteten og selektiviteten af kemoterapi mod lægemiddelresistente kræftceller," som blev offentliggjort online 7. marts i tidsskriftet Advanced Materials. Medforfattere inkluderer Lapotko og Lukianova-Hleb, begge af ris; Wu og Ren, begge af MD Anderson; og Joseph Zasadzinski fra University of Minnesota.
"Forbedret cellulær specificitet af plasmoniske nanobubbler kontra nanopartikler i heterogene cellesystemer," som blev offentliggjort online 3. april i PLoS ONE. Medforfattere inkluderer Laptoko, Wagner, Lukianova-Hleb, Daniel Carson, Cindy Farach-Carson, Pamela Constantinou, Brian Danysh og Derek Shenefelt, alle Rice; Wu og Xiaoyang Ren, begge af MD Anderson; og Vladimir Kulchitsky fra National Academy of Science of Belarus.
Genudgivet med tilladelse fra Jade Boyd, Rice University