Al meer dan een decennium, biomedische onderzoekers hebben gezocht naar betere manieren om kankerdodende medicatie rechtstreeks aan tumoren in het lichaam te leveren. Kleine capsules, nanodeeltjes genoemd, worden nu gebruikt om chemotherapiemedicijnen door de bloedbaan te transporteren, naar de drempel van kankergezwellen. Maar uitzoeken hoe de deeltjes het beste langs het "fluwelen touw" van de tumor kunnen komen en de tumor kunnen binnendringen, is een uitdaging die wetenschappers nog steeds aan het uitwerken zijn. Onderzoekers van de Drexel University geloven dat de truc om toegang te krijgen tot de verderfelijke celmassa's is om de nanodeeltjes een nieuw uiterlijk te geven - en dat dressing om indruk te maken hen langs de biologische uitsmijters van de tumor zal brengen.

Gerichte kankertherapie is het meest effectief wanneer de medicatie zo dicht mogelijk bij het inwendige van een tumor wordt afgegeven, om de kans op het binnendringen en doden van kankercellen te vergroten. De uitdaging waarmee kankeronderzoekers jarenlang te maken hebben gehad, is het maken van een leveringsvoertuig dat stevig genoeg is om de medicatie veilig door de bloedbaan naar tumoren te krijgen - wat geen soepele rit is - maar ook lenig genoeg is om door de dichte extracellulaire ruimte van de tumor te persen - een matrix gevuld met suikers, hyaluronzuur genaamd.

In recent gepubliceerd onderzoek in het tijdschrift Nano-letters , hoofdauteur Hao Cheng, doctoraat, een assistent-professor met een aanstelling in Drexel's College of Engineering, en aansluiting bij de School of Biomedical Engineering, Wetenschap en gezondheidssystemen; meldt dat de manier om langs de voordeur van de tumor te komen alles te maken heeft met hoe het kleine deeltje geschikt is voor de reis.

"Wat we hier hebben gerapporteerd, is een strategie om biologische barrières te overwinnen die de levering van medicatie teisteren, zoals non-vehicle klaring in de bloedbaan door het immuunsysteem van de gastheer, en ineffectieve diffusie in de extracellulaire matrix van tumorcellen, " zei Cheng. "Het is een unieke strategie waarbij nanovoertuigen worden versierd met enzymen waarvan bekend is dat ze hyaluronzuur afbreken, wat een belangrijke barrière is in de extracellulaire ruimte, en de toevoeging van een extra laag polyethyleenglycol om de enzymen gedeeltelijk te bedekken."

In het artikel getiteld "Hyaluronidase Embedded in Nanocarrier PEG Shell for Enhanced Tumor Penetration and Highly Efficient Antitumor Efficacy, " de groep meldt dat hun methode vier keer effectiever is in het sturen van nanodeeltjes in een solide tumor dan een van de beste strategieën die momenteel in gebruik zijn. Wanneer kankermedicatie in het kleine deeltje wordt geladen, het is aangetoond dat het de groei van een type agressieve borstkanker remt.

Het team, waaronder ook onderzoekers Wilbur Bowne, MD, een universitair hoofddocent in Drexel's College of Medicine; Dimitrios Arhontoulis, een undergraduate in Drexel's School of Biomedical Engineering, Wetenschap en gezondheidssystemen; hoofdauteur Hao Zhou en Zhiyuan Fan, promovendi, Junjie Deng, doctoraat, postdoctorale onderzoekers, en Pelin-citroenen, een afgestudeerde student, allemaal in de afdeling Materials Science and Engineering van het College of Engineering, creëerde zijn nanodeeltjespak door te beginnen met een die gebruikelijk is in dit gebied van kankeronderzoek en door enkele belangrijke wijzigingen aan te brengen.

"In het algemene ontwerp van nanodeeltjes, bioactieve moleculen - niet beperkt tot enzymen - werden gehecht aan de buitenste laag deeltjes, " zei Cheng. "Deze enzymen kunnen de extracellulaire matrix afbreken en het vermogen van de nanodeeltjes om solide tumoren binnen te dringen verbeteren."

Maar in het lichaam deze extra lading kan voor problemen zorgen. Een probleem is dat het hechten van enzymen aan nanodeeltjes ervoor kan zorgen dat ze niet bij de tumor komen en door de bloedbaan worden verwijderd voordat de medicatie wordt toegediend. Er is ook een kans dat de reis door de bloedbaan de enzymen inert kan maken.

Om deze problemen tegen te gaan en de nanodeeltjes op koers te houden, het team besloot een extra laag toe te voegen die niet alleen de kostbare lading beschermt, maar positioneert ook de enzymen voor maximale impact.

"De nieuwigheid van ons ontwerp is dat we de hyaluronidase-enzymen gedeeltelijk hebben ingebed in een tweede polyethyleenglycollaag om de buitenste schil van het nanodeeltje te vormen, " zei Cheng. "Dit ontwerp vermindert het effect van de enzymen op het vertragen van de circulatie van het deeltje dramatisch en zorgt ervoor dat enzymen hun functie kunnen behouden nadat het deeltje in de tumor is gediffundeerd."

Door de enzymen in te bedden in de lagen polyethyleenglycol (PEG) zorgt het uiterlijk van het nanodeeltje ervoor dat het immuunsysteem het tijdens zijn reis naar de tumor met rust laat. toch en laat het deeltje nog steeds omgaan met elk hyaluronzuur dat het tegenkomt bij zijn penetratie van de tumor. Andere onderzoekers hebben een theorie getest die tumoren eerst aan de enzymen blootstelt, en dan naar nanodeeltjes, maar dit is lang niet zo effectief als de methode van Cheng, omdat de bij Drexel ontwikkelde nanodeeltjes de enzymen vasthouden tijdens de duur van hun diffusie in tumoren, het minimaliseren van onnodige hyaluronzuurdegradatie.

"De afbraak van hyaluronzuur verwijdert de barrière voor nanodeeltjes om te diffunderen en stelt hen in staat toegang te krijgen tot meer kankercellen, " zei Cheng. "De verbeterde diffusie verhoogt ook de accumulatie van nanodeeltjes in tumoren, en hoe meer nanodeeltjes in tumoren terechtkomen, hoe effectiever ze zijn in het verkleinen ervan."

Als onderdeel van het onderzoek, het team testte hun nanodeeltje tegen concurrenten die geen tweede laag polyethyleenglycol hadden en degenen die geen ECM-afbrekende enzymen hadden. Het was geen verrassing dat hun nanodeeltje beter presteerde in zowel doordringende tumoren als accumulatie in de kankercellen.

"Dit spannende, nieuw medicijnafgiftesysteem voor nanodeeltjes zal de afgifte van antikankermiddelen verbeteren, het verbeteren van de antikankeractiviteit om de resultaten voor de patiënt te verbeteren, " zei Bowne. Hij voorziet een enorm potentieel voor deze strategie in de neoadjuvante en adjuvante setting voor een aantal moeilijk te behandelen kankers zoals lokaal gevorderde borst, alvleesklier- en mucine-producerende gastro-intestinale kankers.