Hoewel gerichte op nanodeeltjes gebaseerde beeldvormingsmiddelen en therapieën voor het diagnosticeren en behandelen van kanker hun weg vinden naar en door het proces van klinische proeven, onderzoekers hebben nog steeds geen goed begrip van hoe nanodeeltjes tumoren bereiken en hoe ze zich vervolgens binden aan en de beoogde tumor binnendringen. Om dat kennistekort te overwinnen, twee teams van onderzoekers, beide onderdelen van de Alliance for Nanotechnology in Cancer hebben studies uitgevoerd om nanodeeltjes te volgen terwijl ze door levende dieren bewegen.

In een studie, een team van onderzoekers van Stanford University gebruikte kwantumstippen om te bestuderen hoe nanodeeltjes door tumorbloedvaten reizen bij levende proefpersonen, binden aan moleculaire doelen op het oppervlak van die bloedvaten, en reis dan uit de bloedstroom en in de tumor zelf. Sanjiv Sam Gambhir, co-directeur van een van de negen National Cancer Institute (NCI) Centers of Cancer Nanotechnology Excellence, leidde deze studie. Hij en zijn collega's publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift Klein . In een tweede studie, gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano , Alliantie-onderzoekers Dong Shin, Mostafa El Sayed, en Shuming Nie van Emory University en het Georgia Institute of Technology gebruikten gerichte gouden nanokristallen om zowel actieve als passieve targeting van tumoren te bestuderen.

In de Stanford-studie Dr. Gambhir en zijn medewerkers maakten gebruik van de mogelijkheden van intravitale microscopie, een techniek waarmee onderzoekers in realtime fel fluorescerende markers door de huid van een levend dier kunnen zien. In deze reeks experimenten het Stanford-team onderzocht de handel in nanodeeltjes bij muizen waarin verschillende soorten tumoren in de oren van de dieren mochten groeien. Voor de fluorescerende marker, de onderzoekers gebruikten een nabij-infrarood emitterende kwantumdot gekoppeld aan RGD, een molecuul waarvan bekend is dat het stevig bindt aan een eiwit dat wordt aangetroffen op het oppervlak van bloedvaten rond tumoren.

Tot hun verbazing, de onderzoekers ontdekten dat, ongeacht het type tumor dat werd bestudeerd, binding van nanodeeltjes vond alleen plaats wanneer aggregaten van deeltjes - niet enkelvoudige deeltjes - zich konden vastbinden aan meerdere, discrete plaatsen in een tumor. De onderzoekers konden geen significante binding detecteren toen ze deze experimenten herhaalden met behulp van kwantumdots zonder het RGD-targetingmolecuul. De onderzoekers ontdekten ook dat de bindingssnelheden en bindingspatronen consistent waren voor alle tumortypes, een geruststellende bevinding gezien de natuurlijke heterogeniteit die kenmerkend is voor menselijke kankers.

Hoewel het bindingsvermogen onafhankelijk lijkt te zijn van het tumortype, hetzelfde kan niet gezegd worden van extravasatie, d.w.z., de doorvoer van een nanodeeltje uit de bloedbaan en in een tumor. De onderzoekers merkten in hun paper op dat het waarschijnlijk is dat de vorm en grootte van nanodeeltjes een cruciale rol zullen spelen bij het bepalen hoe een bepaald nanodeeltje zal extravaseren in elk specifiek type tumor.

In de tussentijd, het Emory-Georgia Tech-team gebruikte staafvormige gouden nanokristallen gekoppeld aan tumorgerichte peptiden om de afgiftemechanismen te onderzoeken waarmee nanodeeltjes zich in tumoren kunnen ophopen. De onderzoekers gebruikten gouden nanodeeltjes om het aantal nanodeeltjes te kwantificeren dat tumoren en andere weefsels bereikt. Goud komt van nature niet voor bij zoogdieren, dus elk goud dat in een bepaalde tumor of weefsel wordt gedetecteerd met behulp van de zeer gevoelige en nauwkeurige techniek die bekend staat als elementaire massaspectrometrie, zou afkomstig moeten zijn van gouden nanodeeltjes.

Om hun experimenten uit te voeren, de onderzoekers creëerden drie formuleringen door een van de drie tumorgerichte moleculen aan het oppervlak van de gouden nanostaafjes te bevestigen. Vervolgens injecteerden ze de nanodeeltjes in dieren met geïmplanteerde menselijke tumoren, lieten de nanodeeltjes door het lichaam circuleren, en de hoeveelheid goud gemeten die zich ophoopte in de geïmplanteerde tumoren en andere weefsels. De onderzoekers herhaalden dit experiment ook met ongerichte gouden nanodeeltjes. De resultaten waren verrassend omdat de targeting-moleculen de hoeveelheid goud die zich in tumoren ophoopte slechts marginaal verhoogden.

De onderzoekers concludeerden dat gouden nanodeeltjes die zijn ontworpen om te worden gebruikt bij fotothermische antikankertherapie, rechtstreeks in tumoren moeten worden geïnjecteerd in plaats van via intraveneuze toediening om de grootste goudconcentratie in tumoren te bereiken. Ze merkten in hun paper ook op dat deze experimenten suggereren dat doelbinding niet de snelheidsbeperkende stap is voor de levering van nanodeeltjes, maar eerder dat transport uit de bloedbaan en in tumoren de belangrijkste barrière is voor accumulatie van nanodeeltjes in tumoren.