Nanoparticule încărcate cu medicamente, o nouă armă împotriva metastazelor cancerului pulmonar

metastatic

Oamenii de știință de la Universitatea Harvard, Wyss Institute for Biological Engineering și John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), au găsit o modalitate de a livra nanoparticule de chimioterapie în plămâni cu un succes de 10 ori mai mare, cu o supraviețuire drastică îmbunătățită la șoarecii cu cancer de plamani publicat în revista „en Science Advances”.

Chimioterapia a fost coloana vertebrală a tratamentului cancerului de zeci de ani. Dar este notoriu pentru toxicitatea sa pentru celulele sănătoase, efectele secundare severe și direcționarea slabă a tumorilor prezise.

Eforturile de îmbunătățire a eficacității și tolerabilității chimioterapiei pentru cancerul pulmonar au vizat „ambalarea” medicamentelor în nanoparticule. Acestea îi pot proteja de deteriorarea corpului, pot controla tiparul lor de eliberare și pot proteja pacientul de unele dintre efectele secundare ale medicamentului.

Cu toate acestea, nanoparticulele nu au prezentat până acum o acumulare semnificativă la siturile țintă. Chiar și atunci când sunt proiectate cu proteine ​​de suprafață proiectate pentru a se lega de țesuturi specifice, în mare parte deoarece ficatul și splina le îndepărtează rapid din sânge.

Tehnica ELeCt

O nouă tehnică numită ELeCt (Leveraged Erythrocyte Chemiot) dezvoltată de Wyss Institute și SEAS. Amândoi își propun să rezolve aceste probleme folosind vechiul truc al calului troian. În acest proces, ele introduc pe contrabandă nanoparticule încărcate cu medicamente în țesutul pulmonar canceros, montându-le pe celulele roșii din sânge (eritrocite) ale corpului.

Când celulele roșii din sânge sunt strânse strâns prin capilarele pulmonare minuscule, nanoparticulele sunt tăiate și absorbite de celulele pulmonare cu un succes de zece ori mai mare decât nanoparticulele plutitoare. În plus, îmbunătățesc dramatic supraviețuirea șoarecilor cu metastaze ale cancerului pulmonar.

„Între 30 și 55% dintre pacienții cu cancer avansat au metastaze la plămâni, datorită numărului mare de capilare și în prezent nu există niciun tratament pentru metastaza pulmonară în sine”, explică autorul co-plumb Zongmin Zhao, coleg postdoctoral în laborator. al lui Samir Mitragotri la Institutul Wyss și SEAS.

„ELeCt exploatează aceleași vase de sânge pentru a furniza în mod eficient medicamente care luptă împotriva metastazelor pulmonare și are un potențial mare de a deveni un tratament clinic”, adaugă el.

Pentru a crea sistemul ELeCt, Zhao și colaboratorii săi au încărcat doxorubicină, un medicament obișnuit pentru chimioterapie pentru cancerul pulmonar. Medicamentul a fost încărcat în nanoparticule mici formate dintr-un polimer biodegradabil numit PLGA.

Doza de medicament este adaptată dozelor necesare

Apoi au incubat nanoparticulele cu eritrocite umane și de șoarece. Cu aceasta au descoperit că s-au legat de suprafețele celulare cu o eficiență ridicată și fără a le deteriora. Acest lucru a permis ajustarea dozei de medicament transportat de eritrocite pentru a se adapta diferitelor doze necesare.

Echipa a supus nanoparticulele legate de eritrocite la stres de forfecare in vitro corespunzător plămânului. Cu aceasta au încercat să simuleze condițiile pe care le întâmpină eritrocitele atunci când stoarce prin capilarele pulmonare și au observat că mai mult de 75% din nanoparticule au fost eliminate atât din celulele umane, cât și din cele de șoarece.

Apoi au injectat eritrocite de șoarece încărcate cu constructul ELeCt în venele șoarecilor vii cu melanom care avuseseră cancer pulmonar. Au descoperit apoi un conținut remarcabil de 16 ori mai mare de medicament în plămâni după 20 de minute, comparativ cu șoarecii care au primit nanoparticule gratuite.

O parte substanțială a nanoparticulelor depozitate a pătruns adânc în tumorile metastatice. Acest lucru sugerează că această metodă de administrare a medicamentelor este mai precisă și mai eficientă decât metodele existente.

„Un avans care ar putea reduce pericolul”

„Cel mai grav efect secundar al doxorubicinei la om este cardiotoxicitatea și, conform experimentelor noastre, ELeCt poate asigura că mai multe dintre medicamente ajung în plămâni, mai degrabă decât în ​​inimă”, spune co-autorul Anvay Ukidve, student absolvent. în laboratorul Mitragotri din SEAS–. Acest avans ar putea reduce semnificativ pericolul pentru pacienții cu cancer care primesc acest medicament și ar spori eficacitatea acestuia împotriva cancerului pulmonar.

Pentru a confirma această suspiciune, echipa a monitorizat gradul de metastază în plămânii șoarecilor cu boală în stadiu incipient care au primit ELeCt. Acest lucru s-a confruntat împotriva celor care au primit nanoparticule gratuite.

Cu aceasta au văzut că metastaza a fost aproape complet inhibată la toți șoarecii care au primit ELeCt în decursul a 23 de zile Rezultatul a fost o îmbunătățire de 300 de ori față de starea șoarecilor injectați cu nanoparticule libere.

ELeCt a îmbunătățit, de asemenea, supraviețuirea șoarecilor tratați cu 32 de zile. În timp ce șoarecii tratați cu nanoparticule libere au supraviețuit doar încă 3 zile.

Când au repetat experimentul cu șoareci care aveau boală în stadiu târziu, supraviețuirea lor a fost prelungită cu 9 zile cu ELeCt. În acest caz, nanoparticulele gratuite nu au produs niciun beneficiu de supraviețuire.

În plus, toți șoarecii tratați cu ELeCt cu cancer pulmonar au menținut o greutate corporală sănătoasă. Cu toate acestea, șoarecii care au primit o injecție fără medicamente au prezentat o pierdere semnificativă în greutate. Acest lucru sugerează că efectele secundare ale doxorubicinei au fost, de asemenea, atenuate de ELeCt.

Medicamente care pot încărca nanoparticule

Cercetătorii au arătat, de asemenea, că alte medicamente pentru chimioterapie pentru cancerul pulmonar se pot încărca pe nanoparticule și se pot lega de celulele roșii din sânge. Această listă include paclitaxel, docetaxel, metotrexat și o combinație de 5-fluorouracil și metotrexat.

„Sistemul nostru ELeCt oferă simultan soluții la o serie de probleme care afectează tratamentele curente de chimioterapie, inclusiv efecte secundare toxice, doze mari necesare, niveluri scăzute de penetrare în țesuturile țintă, clearance-ul rapid din organism și eliberarea unui medicament din nanoparticule”, explică Mitragotri, care este membru al Facultății Institutului Wyss, precum și profesor Hiller de bioinginerie și profesor Hansjörg Wyss de inginerie cu inspirație biologică la SEAS.

Studii suplimentare vor încerca să descifreze mecanismele de legare a nanoparticulelor de celulele roșii din sânge, astfel încât cantitatea de forfecare necesară pentru a le elimina să poată fi ajustată (și, prin urmare, doza de medicament administrată).

Sfaturi medicale

Echipa intenționează, de asemenea, să determine programul ideal de dozare pentru a maximiza inhibarea metastazei. Cunoscând, de asemenea, capacitatea ELeCt de a trata cancerul pulmonar derivat de la pacienții umani, un pas critic în traducerea platformei ELeCt într-un instrument clinic pentru tratarea cancerului.

„Această tehnologie reprezintă potențial o descoperire în ceea ce privește creșterea eficacității și scăderea toxicității chimioterapiilor de cancer existente. Este, de asemenea, un exemplu excelent de progrese medicale care pot fi realizate profitând de sistemele de livrare biologică, în acest caz celulare, că natura s-a optimizat deja de-a lungul a mii de ani de evoluție ", subliniază directorul fondator al Institutului Wyss, Donald Ingber.