Nanopartikelbelægning forbedrer levering af kræftmedicin og reducerer bivirkninger

En nylig undersøgelse fra University of Mississippi antyder, at en "skefuld sukker" faktisk kan hjælpe lægemidler med at virke mere effektivt, samtidig med at de reducerer de skadelige bivirkninger af kræftbehandlinger.

I stedet for en bogstavelig skefuld sukker brugte forskerne glycopolymerer – polymerer lavet af naturlige sukkerarter som glukose – til at belægge nanopartikler, der leverer kræftmedicin direkte til tumorer. De fandt ud af, at glycopolymererne forhindrede proteiner i at klæbe til nanopartiklerne, hvilket reducerede kroppens immunrespons på behandlingen.

Som følge heraf reagerede kroppen bedre på terapien.

"Hovedproblemet er, at kræftmedicin er utroligt giftige," sagde Thomas Werfel, lektor i biomedicinsk teknik.

"Det terapeutiske vindue for disse lægemidler er meget smalt: den dosis, hvor de er effektive, er næsten den samme som den dosis, hvor de bliver toksiske. Og når dosis er tilstrækkelig til at dræbe tumoren, forårsager den også toksicitet og adskillige bivirkninger, som vi forsøger at undgå."

Hvorfor sker dette? Fordi kun en lille del af lægemidlet når tumoren – i de fleste tilfælde mindre end 1%; mere end 99% går til andre dele af kroppen.

Thomas Werfel, lektor i biomedicinsk teknik, University of Mississippi

Denne lækage af giftige lægemidler til andre dele af kroppen kan forårsage alvorlige tilstande såsom leukæmi, allergiske reaktioner og endda udvikling af nye kræftformer. Men hvis mere af lægemidlet når tumoren, kan bivirkningerne reduceres.

Fordele ved glycopolymerer

Werfel og Kenneth Hulugalla, en kandidatstuderende i biomedicinsk ingeniørvidenskab fra Kandy, Sri Lanka, offentliggjorde deres resultater i tidsskriftet ACS Nano i oktober.

Nanopartikler – partikler mindre end en tusindedel af bredden af et menneskehår – har vist sig effektive til behandling af kræft ved at levere lægemidler direkte til tumorer. Proteiner, herunder dem der udløser et immunrespons, har dog en tendens til at klumpe sig sammen omkring nanopartiklerne, hvilket får kroppen til at stemple behandlingen som fremmed.

Denne immunresistens reducerer lægemidlets effektivitet.

"I de sidste 30 år har polyethylenglycol (PEG) været guldstandarden til at beskytte disse partikler mod immunresponset," sagde Hulugalla.

PEG-baserede belægninger mister dog deres effektivitet efter første brug: immunsystemet begynder hurtigt at genkende lægemidlet som fremmed, hvilket forhindrer det i at trænge ind i tumoren.

Glykopolymerer har derimod ikke denne ulempe.

"Vores resultater viser, at glycopolymer-coatede nanopartikler reducerer uønskede immunresponser betydeligt, samtidig med at lægemiddelafgivelsen forbedres dramatisk i både celle- og dyremodeller. Denne forskning kan være et vigtigt skridt i retning af mere effektive kræftbehandlinger."

Dyrestudier

Werfel og Hulugalla testede de glycopolymer-coatede nanopartikler i mus med brystkræft og fandt, at flere nanopartikler nåede tumorer sammenlignet med PEG-baserede partikler. Det næste skridt i deres forskning vil være at fylde disse nanopartikler med lægemidler og teste deres effektivitet mod kræft.

"På lang sigt ønsker vi ikke kun at studere dette fænomen fra et beskyttende perspektiv, men også at arbejde på aktivt at målrette nanopartikler mod tumorer," sagde Werfel.

"Vi ser allerede, at glycopolymerer stimulerer immunsystemet mindre, partiklerne forbliver i kroppen længere og når tumoren bedre. Det er fantastisk."

Men det næste skridt er at se på, hvordan vi kan målrette tumorer. Hvilke biologiske markører kan vi bruge til at få flere partikler eller lægemidler til at ophobe sig i tumoren? Det er de spørgsmål, der er i forgrunden af vores opmærksomhed lige nu."

Undersøgelsen blev offentliggjort i ACS Nano.