Te vaak, onderzoekers die nanodeeltjes ontwerpen die in staat zijn om effectieve doses kankerbestrijdende middelen aan tumoren af ​​te geven, moeten een evenwicht vinden tussen de noodzaak om een ​​nanodeeltje te kiezen dat klein genoeg is om te ontsnappen aan de lekkende bloedvaten die tumoren omringen, maar groot genoeg om snelle verwijdering uit de bloedstroom via de nieren te voorkomen. Het balanceren van deze twee vereisten resulteert meestal in het gebruik van nanodeeltjes die inderdaad klein genoeg zijn om zich op te hopen in de buurt van tumoren, maar die echt te groot zijn om diep genoeg in tumoren door te dringen om het maximale therapeutische effect te hebben.

Nutsvoorzieningen, een groot team van onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology, Algemeen ziekenhuis van Massachusetts, en Harvard Medical School hebben een oplossing voor dit probleem ontwikkeld:meerlagige, of meertraps, nanodeeltjes die gedeeltelijk oplossen zodra ze zich ophopen rond tumoren, een lading nanodeeltjes achterlatend die slechts een tiende van de grootte van het oorspronkelijke leveringsvoertuig zijn. De resterende nanodeeltjes met een diameter van 10 nanometer, geladen met medicijnen tegen kanker, kan dan diep in het dichte inwendige van een tumor diffunderen.

Dai Fukumura, Moungi Bawendi, en Rakesh Jain, alle senior faculteitsleden van hun respectieve instellingen, deze studie geleid. Het team publiceerde hun resultaten in de Proceedings van de National Academy of Sciences . Dr. Bawendi is ook lid van het MIT-Harvard Center for Cancer Nanotechnology Excellence, gefinancierd door het National Cancer Institute.

De sleutel tot de nieuwe nanodeeltjes is een gelatinemateriaal dat als substraat kan dienen voor enzymen die op hoge niveaus door tumoren worden geproduceerd. Kankercellen gebruiken deze enzymen om de extracellulaire matrix rond organen op te lossen, waardoor deze kwaadaardige cellen kunnen ontsnappen in de bloedbaan en plaatsen kunnen koloniseren die ver verwijderd zijn van de primaire tumor. De onderzoekers maakten gebruik van dit enzym door kleine nanodeeltjes in te bedden in de gelatinekern van de grotere nanodeeltjes die ze hadden ontworpen om in de bloedbaan te worden geïnjecteerd.

Voor deze reeks experimenten, de onderzoekers laadden 100 nanometer de gelatine nanodeeltjes met 10 nanometer kwantumstippen. Hoewel het niet waarschijnlijk is dat kwantumdots worden gebruikt om medicijnen aan tumoren te leveren, deze nanobeacons produceren heldere optische signalen die gemakkelijk kunnen worden gecontroleerd als ze vrijkomen uit de grotere nanodeeltjes. Eerste experimenten met tumoren die in kweek groeiden, toonden aan dat de gelatine-afbrekende enzymen hun werk deden en dat de vrijgekomen kwantumstippen verder en efficiënter konden diffunderen dan de deeltjes van 100 nanometer in de tumoren. Daaropvolgende experimenten in tumordragende muizen bevestigden deze in vitro bevindingen, en als een resultaat, de onderzoekers zijn nu van plan om deze experimenten te herhalen met behulp van met medicijnen geladen deeltjes van 10 nanometer in plaats van de kwantumstippen die ze in dit onderzoek gebruikten.

Een andere manier om nanodeeltjes diep in tumoren te krijgen, is door het vermogen van een tumor om de dichte extracellulaire matrix te vormen, te verstoren. gemaakt van het eiwit collageen, die nanodeeltjes in de buitenste regionen van een tumor houdt. Dr. Jains groep aan het MIT en de Harvard Medical School hebben precies dat gedaan, met behulp van de veelgebruikte hoge bloeddruk medicatie Losartan om de collageensynthese te remmen. De onderzoekers publiceerden de resultaten van deze onderzoeken ook in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Klinische studies bij mensen hebben aangetoond dat losartan de incidentie van hart- en nierfibrose vermindert door de synthese van een bepaalde vorm van collageen te verminderen, bekend als type I. Dr. Jain en zijn collega's redeneerden dat hetzelfde remmende effect zou kunnen leiden tot een gemakkelijkere passage van nanodeeltjes in de diepe uitsparingen van een tumor. In feite, dat is precies het effect dat ze waarnamen bij doses van het medicijn die klein genoeg waren om de bloeddruk onaangetast te laten. Tests toonden aan dat Doxil, het eerste goedgekeurde middel tegen kanker in nanodeeltjes, was effectiever bij de behandeling van dichte, fibrotische tumoren, zoals pancreastumoren, groeien bij muizen. Dr. Jain en zijn collega's merken in hun artikel op dat, omdat langdurige therapie met Losartan veilig is gebleken bij mensen, en omdat veel middelen tegen kanker de bloeddruk verhogen, het toedienen van losartan met nanodeeltjes heeft een grote kans om kankerpatiënten ten goede te komen.

Het werk aan meertraps nanodeeltjes, die gedetailleerd wordt beschreven in een document met de titel, "Meertraps afgiftesysteem voor nanodeeltjes voor diepe penetratie in tumorweefsel, " werd gedeeltelijk ondersteund door de NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, een alomvattend initiatief dat is ontworpen om de toepassing van nanotechnologie op de preventie te versnellen, diagnose, en behandeling van kanker. Een samenvatting van dit artikel is beschikbaar op de website van het tijdschrift.