Engineering-onderzoekers van de Universiteit van Toronto hebben een dosisdrempel ontdekt die de afgifte van kankerbestrijdende medicijnen in een tumor aanzienlijk verhoogt.

Het bepalen van deze drempel biedt een potentieel universele methode om de dosering van nanodeeltjes te meten en kan een nieuwe generatie kankertherapie helpen bevorderen, beeldvorming en diagnostiek.

"Het is een heel eenvoudige oplossing, het aanpassen van de dosering, maar de resultaten zijn zeer krachtig, " zegt MD/Ph.D.-kandidaat Ben Ouyang, die het onderzoek leidde onder supervisie van professor Warren Chan.

Hun bevindingen zijn vandaag gepubliceerd in Natuurmaterialen , oplossingen bieden voor een probleem met de levering van medicijnen dat eerder vier jaar geleden door Chan en onderzoekers werd aangekaart in Materialen voor natuurrecensies .

Nanotechnologiedragers worden gebruikt om medicijnen af ​​te leveren aan kankerplaatsen, wat op zijn beurt de reactie van een patiënt op de behandeling kan helpen en nadelige bijwerkingen kan verminderen, zoals haaruitval en braken. Echter, in praktijk, weinig geïnjecteerde deeltjes bereiken de tumorplaats.

In de Materialen voor natuurrecensies papier, het team onderzocht literatuur van het afgelopen decennium en ontdekte dat op mediaan, slechts 0,7 procent van de chemotherapeutische nanodeeltjes maakt het tot een gerichte tumor.

"De belofte van opkomende therapieën is afhankelijk van ons vermogen om ze op de doellocatie af te leveren, " legt Chan uit. "We hebben een nieuw principe ontdekt om het leveringsproces te verbeteren. Dit kan van belang zijn voor nanotechnologie, genoom redacteuren, immunotherapie, en andere technologieën."

Chan's team zag de lever, die het bloed filtert, als de grootste belemmering voor de toediening van geneesmiddelen door nanodeeltjes. Ze veronderstelden dat de lever een drempel voor opnamesnelheid zou hebben - met andere woorden, zodra het orgaan verzadigd raakt met nanodeeltjes, het zou niet in staat zijn om hogere doses bij te houden. Hun oplossing was om de dosis te manipuleren om de filterende Kupffer-cellen van het orgaan te overweldigen, die de leverkanalen bekleden.

De onderzoekers ontdekten dat het injecteren van een baseline van 1 biljoen nanodeeltjes in muizen, in leven, was genoeg om de cellen te overweldigen, zodat ze de deeltjes niet snel genoeg konden opnemen om de verhoogde doses bij te houden. Het resultaat is een afgifte-efficiëntie van 12 procent aan de tumor.

"Er is nog veel werk te doen om de 12 procent te verhogen, maar het is een grote stap van 0,7, ", zegt Ouyang. De onderzoekers hebben ook uitgebreid getest of overweldigende Kupffer-cellen leidden tot enig risico op toxiciteit in de lever, hart of bloed.

"We hebben goud getest, silica, en liposomen, ", zegt Ouyang. "In al onze studies, hoe hoog we de dosering ook hebben gepusht, we hebben nooit tekenen van toxiciteit gezien."

Het team gebruikte dit drempelprincipe om de effectiviteit te verbeteren van een klinisch gebruikt en met chemotherapie geladen nanodeeltje genaamd Caelyx. Hun strategie kromp tumoren 60 procent meer in vergelijking met Caelyx alleen bij een vaste dosis van het chemotherapiemedicijn, doxorubicine.

Omdat de oplossing van de onderzoekers eenvoudig is, ze hopen dat de drempel positieve implicaties heeft in zelfs de huidige conventies voor het doseren van nanodeeltjes voor klinische proeven bij mensen. Ze berekenen dat de menselijke drempel ongeveer 1,5 biljoen nanodeeltjes zou zijn.

"Deze methode heeft een eenvoud en onthult dat we de nanodeeltjes niet opnieuw hoeven te ontwerpen om de levering te verbeteren, ", zegt Chan. "Dit zou een groot leveringsprobleem kunnen oplossen."