纳米海绵给药系统比直接注射更有效

当负载抗癌药时,基于一种称为纳米海绵的新型材料的递送系统在减少肿瘤生长方面的功效是直接注射的三至五倍。

这是该杂志6月1日发表的论文的结论 癌症研究.

“长期以来,有效的靶向药物递送系统一直是梦想,但由于涉及复杂的化学反应,这在很大程度上已使人们感到沮丧,”范德比尔特(Vanderbilt)化学助理教授Eva Harth说,他开发了纳米海绵递送系统。“我们朝着克服这些障碍迈出了重要的一步。”

该研究是Harth之间的合作’实验室和范德比尔特市放射肿瘤学前教授丹尼斯·E·哈拉汉(Dennis E. Hallahan)的实验室,现任华盛顿大学医学院。通讯作者是埃默里大学的Harth和Roberto Diaz,他们在研究完成后正在汉拿罕实验室工作。

可视化Harth’的传输系统,想象一下制作出大约病毒大小的微小海绵,在其中填充药物并附有特殊化学药品“linkers”优先结合到仅在肿瘤细胞表面发现的特征,然后将其注入体内。微小的海绵在身体周围循环,直到它们遇到肿瘤细胞的表面,然后在表面粘住(或被吸到细胞中)并开始以可控和可预测的方式释放其强大的载重。

这种类型的靶向递送系统具有几个基本优点:由于药物在肿瘤处释放而不是在体内广泛传播,因此对于给定的剂量,它应该更有效。它还应具有较少的有害副作用,因为较少量的药物会与健康组织接触。

“我们称这种材料为纳米海绵,但实际上更像是三维网络或支架,”哈斯说。骨架是长的聚酯。它在溶液中与称为交联剂的小分子混合,这些小分子的作用就像微小的抓钩,将聚合物的不同部分固定在一起。最终效果是形成充满空腔的球形颗粒,药物分子可以储存在该空腔中。聚酯是可生物降解的,因此会在体内逐渐分解。这样,它以可预测的方式释放所携带的药物。

“与正在开发的其他纳米颗粒递送系统相比,可预测的释放是该系统的主要优势之一,”哈斯说。当它们达到目标时,许多其他系统会以快速且不可控制的方式卸载大部分药物。这称为爆发效应,使确定有效剂量水平变得困难。

另一个主要优点是纳米海绵颗粒可溶于水。将抗癌药封装在纳米海绵中可以使用不易溶于水的疏水性药物。当前,这些药物必须与另一种称为佐剂的化学物质混合,这会降低药物的功效并可能产生不利的副作用。

也可以控制纳米海绵颗粒的尺寸。通过改变交联剂与聚合物的比例,可以使纳米海绵颗粒变大或变小。这很重要,因为研究表明,药物输送系统在小于100纳米时(大约在光盘表面上的凹坑深度),效果最佳。当前研究中使用的纳米海绵颗粒尺寸为50纳米。“这些药物递送系统的粒径与有效性之间的关系是积极研究的主题,” says Harth.

Harth的另一个主要优势’系统是所需的简单化学物质。研究人员已经开发出简单,高产量的产品“click chemistry” methods for making the nanosponge particles and for attaching the 连接器, which are made from peptides, relatively small biological molecules built by linking amino acids. “许多其他药物输送系统需要复杂的化学物质,很难将其扩大规模用于商业化生产,但是我们一直牢记这一点,” Harth says.

动物研究中使用的靶向肽由Hallahan实验室开发,该实验室也对该系统进行了测试’在荷瘤小鼠中的有效性。该研究中使用的肽是一种选择性结合已经用放射治疗的肿瘤的肽。

用于动物研究的药物是紫杉醇(紫杉醇的统称),用于癌症化学疗法。研究人员记录了两种不同肿瘤类型的反应—慢增长的人乳腺癌和速效小鼠神经胶质瘤—一次注射。在这两种情况下,他们都发现它增加了癌细胞的死亡并延迟了肿瘤的生长“以优于已知化学疗法的方式。”

下一步是进行重复注射实验,以查看纳米海绵系统是否可以阻止并逆转肿瘤生长。 Harth还计划对其纳米粒子递送系统进行更全面的毒性研究,然后才能将其用于临床试验。

注意:可以在Vanderbilt的Exploration网站上获得此故事的多媒体版本’的在线研究杂志,网址为 http://www.vanderbilt.edu/exploration/stories/nanosponge.html

该研究的其他参与者是范德堡大学医学中心的拉尔夫·帕萨雷拉(Ralph J.Passarella),丹尼尔·E·斯普拉特(Daniel E.Spratt),约翰·菲利普斯(John G.’的化学系。

这项研究得到了国防部,国家科学基金会和美国国立卫生研究院的资助。

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