Таргетная терапия рака наиболее эффективна, когда лекарство выпускается как можно ближе к внутренней части опухоли, чтобы увеличить его вероятность проникновения и уничтожения раковых клеток. Задача, с которой исследователи рака сталкивались в течение многих лет, — это создание средства доставки, которое было бы достаточно прочным, чтобы безопасно доставить лекарство через кровоток к опухолям — что непросто — но также достаточно гибкое, чтобы протиснуться через плотные внеклеточные слои опухоли. пространство — матрица, наполненная сахарами, называемая гиалуроновой кислотой.
В исследовании, недавно опубликованном в журнале Nano Letters, ведущий автор Хао Ченг, доктор философии, доцент, работающий в инженерном колледже Дрекселя и член Школы биомедицинской инженерии, науки и систем здравоохранения; сообщает, что способ пройти через входную дверь опухоли напрямую связан с тем, как крошечная частица приспособлена для путешествия.
«То, что мы здесь сообщили, является стратегией преодоления биологических барьеров, мешающих доставке лекарств, таких как устранение несанкционированного доступа в кровоток иммунной системой хозяина и неэффективная диффузия во внеклеточном матриксе опухолевых клеток», — сказал Ченг. «Это уникальная стратегия, которая включает украшение нано-транспортных средств ферментами, которые, как известно, расщепляют гиалуроновую кислоту, которая является основным барьером во внеклеточном пространстве, и добавление дополнительного слоя полиэтиленгликоля, чтобы частично покрыть ферменты."
В статье, озаглавленной «Гиалуронидаза, встроенная в оболочку PEG для наноносителя, для усиления проникновения в опухоль и высокоэффективной противоопухолевой эффективности», группа сообщает, что их метод в четыре раза эффективнее при отправке наночастиц в солидную опухоль, чем одна из лучших стратегий, используемых в настоящее время. Когда лекарство от рака загружено в крошечную частицу, было показано, что оно подавляет рост агрессивного типа рака груди.
Команда, в которую также входили исследователи Уилбур Боун, доктор медицины, доцент медицинского колледжа Дрекселя; Димитриос Архонтулис, студент школы биомедицинской инженерии, науки и систем здравоохранения Дрекселя; ведущий автор Хао Чжоу и Чжиюань Фань, соискатели докторской степени, Цзюньцзе Дэн, доктор философии, исследователи с докторской степенью, и Пелин Лемонс, аспирант, все из факультета материаловедения и инженерии инженерного колледжа, создали свой костюм наночастиц, начав с одного, который является обычным явлением в этой области исследований рака и вносит некоторые ключевые изменения.
«В общей конструкции наночастиц биоактивные молекулы — не ограничиваясь ферментами — были прикреплены к внешнему слою частиц», — сказал Ченг. «Эти ферменты могут разрушать внеклеточный матрикс и повышать способность наночастиц проникать в солидные опухоли."
Но в кузове этот лишний груз может вызвать проблемы. Одна из проблем заключается в том, что прикрепление ферментов к наночастицам может привести к тому, что они не достигнут опухоли и будут удалены кровотоком перед доставкой лекарства.
Также есть шанс, что путешествие по кровотоку может сделать ферменты инертными.
Чтобы противостоять этим проблемам и удерживать наночастицы на правильном пути, команда решила добавить дополнительный слой, который не только защищает драгоценную полезную нагрузку, но и позиционирует ферменты для максимального воздействия.
«Новизна нашей конструкции заключается в том, что мы частично встроили ферменты гиалуронидазы во второй слой полиэтиленгликоля, чтобы сформировать внешнюю оболочку наночастицы», — сказал Ченг. «Эта конструкция значительно снижает влияние ферментов на замедление циркуляции частиц и позволяет ферментам сохранять свою функцию после того, как частица диффундирует в опухоль."
Встраивание ферментов в слои полиэтиленгликоля (ПЭГ) гарантирует, что внешний вид наночастицы обманывает иммунную систему, заставляя ее оставлять ее в покое во время пути к опухоли, и все же позволяет частице справляться с любой гиалуроновой кислотой, с которой она сталкивается при проникновении в опухоль. опухоль. Другие исследователи проверили теорию, согласно которой опухоли сначала подвергаются воздействию ферментов, а затем наночастиц, но это не так эффективно, как метод Ченга, потому что наночастицы, разработанные в Drexel, сохраняют ферменты на протяжении всей их диффузии в опухоли, сводя к минимуму ненужные деградация гиалуроновой кислоты.
«Разложение гиалуроновой кислоты устраняет барьер для диффузии наночастиц и позволяет им получить доступ к большему количеству раковых клеток», — сказал Ченг. «Улучшенная диффузия также увеличивает накопление наночастиц в опухолях, и чем больше наночастиц попадает в опухоль, тем эффективнее они уменьшают ее размер."
В рамках исследования команда проверила свои наночастицы против конкурентов, у которых не было второго слоя полиэтиленгликоля, и тех, у которых не было ферментов, разрушающих ECM. Неудивительно, что их наночастицы лучше работали как в проникающих опухолях, так и в накапливании в раковых клетках.
«Эта захватывающая новая система доставки лекарств с наночастицами улучшит доставку противораковых агентов, повысит противораковую активность и улучшит результаты лечения пациентов», — сказал Боун. Он предвидит огромный потенциал этой стратегии в неоадъювантной и адъювантной среде для ряда трудно поддающихся лечению рака, таких как местно-распространенный рак груди, поджелудочной железы и муцин-продуцирующий рак желудочно-кишечного тракта.