Selvkørende nanobots formindsker blæretumorer hos mus med 90 % – Physics World

Selvkørende nanobots formindsker blæretumorer hos mus med 90 % – Physics World

Tidsstempel: 21. februar 2024 kl. 7:00

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/self-propelling-nanobots-shrink-bladder-tumours-in-mice-by-90-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/self-propelling-nanobots-shrink-bladder-tumours-in-mice-by-90-physics-world-2.jpg" data-caption="Målrettet behandling Akkumulering af nanobots i tumoren visualiseret ved mikroskopi. (Med høflighed: IRB Barcelona)”> Akkumulering af nanobots i tumoren
Målrettet behandling Akkumulering af nanobots i tumoren visualiseret ved mikroskopi. (Med høflighed: IRB Barcelona)

Forestil dig en hær af selvkørende, radioisotop-dækkede partikler, der er 2500 til 10,000 gange mindre end et støvkorn, der ved indsprøjtning i kroppen søger efter og binder sig til kræftsvulster og ødelægger dem. Lyder det som science fiction? Ikke sådan for mus med blærekræft.

Forskere i Spanien rapporterer, at nanopartikler, der indeholder radioaktivt jod, og som driver sig selv ved reaktion med urinstof, har evnen til at skelne kræftblæretumorer fra sundt væv. Disse "nanobots" trænger ind i tumorens ekstracellulære matrix og akkumuleres i den, hvilket gør det muligt for radionuklidbehandlingen at nå sit præcise mål. I en undersøgelse foretaget på Institut for Bioteknik i Catalonien (IBEC) i Barcelona havde mus, der fik en enkelt dosis af denne behandling, en 90 % reduktion i størrelsen af ​​blæretumorer sammenlignet med ubehandlede dyr.

Denne nye tilgang kan en dag revolutionere behandlingen af ​​blærekræft. Blærekræft er den tiende mest almindelige kræftsygdom i verden, med over 600,000 nye tilfælde diagnosticeret i 2022 og mere end 220,000 dødsfald globalt, ifølge Verdenssundhedsorganisationens Global Cancer Observatory.

Ikke-muskelinvasiv blærekræft, som tegner sig for 75 % af tilfældene, behandles i øjeblikket ved tumorresektion efterfulgt af intravesikal injektion af kemoterapi eller immunterapimedicin i blæren. Lægemiddellevering er dog særligt udfordrende på grund af den lave permeabilitet af urothelium (vævet, der forer indersiden af ​​urinvejene), indholdsfyldning af urin og efterfølgende udvaskning af lægemidler. Processen er også ubehagelig for patienter, da de skal vende deres kroppe med mellemrum, mens de ligger tilbøjelige for at gøre det muligt for stofferne at nå alle sider af blærevæggen. Efter behandling er der 30-70 % risiko for tilbagefald inden for fem år.

For at forbedre kliniske resultater, hovedefterforsker Samuel Sanchez og kolleger sigter mod at udvikle innovative og mere effektive behandlinger for blærekræft og i processen reducere gentagelsesraten. Derudover vil en enkeltdosisbehandling reducere omkostningerne ved behandling betydeligt, som i øjeblikket kræver mellem seks og 14 indlæggelser.

Holdet skabte nanobots fra mesoporøse silica nanopartikler med forskellige funktionelle komponenter på deres overflader. Disse omfatter radioisotoper til PET-visualisering eller radionuklidbehandling og proteinet urease, som reagerer med urinstof i urinen og muliggør nanobotens fremdrift.

Skrivning i Natur Nanoteknologi, rapporterer forskerne, at når de tilføjede en dråbe nanobots til en opløsning indeholdende 300 mM urinstof, udviste nanobotterne en sværmende bevægelse, der dannede aktive og kraftige fronter og tredimensionelle hvirvler. Uden urinstoffet sedimenterede nanobotterne simpelthen nær tilsætningsstedet.

For at undersøge om nanobotterne kan nå en tumor in vivo, vurderede holdet deres adfærd hos tumorbærende mus. Positron emission tomography (PET) billeder viste, at signaler fra radiomærkede nanobots var samlokaliseret med tumorpositionen, som bestemt via MRI, med radioaktivitet primært set på måltumorstedet. Kun mus injiceret med nanobots plus urinstof viste væsentlig ophobning i tumormassen - nanobots leveret i vand, og kontrolnanopartikler (uden urease) leveret i vand eller urinstof udviste minimal tumoroptagelse.

Forskerne foreslår, at nanobotternes mobilitet hjælper dem med at trænge ind i tumormassen. "Nanobots mangler specifikke antistoffer til at genkende tumoren, og tumorvæv er typisk stivere end sundt væv, men det er ikke tilfældet i blæretumorer," forklarer medforfatter. Meritxell Serra Casablancas af IBEC. "Vi observerede, at disse nanorobotter kan nedbryde tumorens ekstracellulære matrix ved lokalt at øge pH gennem en selvkørende kemisk reaktion. Dette fænomen begunstigede større tumorpenetration." Forskerne mener, at nanobotterne kolliderer med urothelium, som om det var en væg, men trænger ind i tumoren, som er mere svampet.

Holdet bemærker, at det var udfordrende at identificere nanobotterne i mikroskopibilleder af dissekeret væv. Efter at konfokale optiske mikroskopiteknikker slog fejl, forskerne ved IRB Barcelona udviklet et lysark-baseret mikroskopisystem, baseret på plan laserbelysning, der er i stand til at scanne de forskellige lag af blæren og skabe en 3D-rekonstruktion af hele organet.

"Det spredte elastiske lysarkmikroskopisystem, som vi udviklede, gjorde det muligt for os at eliminere lyset, der reflekteres af selve tumoren, hvilket gjorde det muligt for os at identificere og lokalisere nanopartikler i hele organet uden forudgående mærkning, med hidtil uset opløsning," siger Julien Colombelli fra IRB Barcelona.

For at evaluere teknikkens terapeutiske effekt mærkede holdet nanobots med jod-131 (131I, en radioisotop, der almindeligvis anvendes til radionuklidbehandling), og indgivet dem til de tumorbærende mus. Behandling med tabsdosis 131I-nanobots i urinstof standsede tumorvækst, mens højdosis 131I-nanobots administreret i urinstof førte til en reduktion på næsten 90 % i tumorvolumen sammenlignet med ikke-behandlede dyr.

Sánchez fortæller Fysik verden at holdets næste skridt er at indkapsle små lægemidler, der i øjeblikket bruges i kemoterapi og fortsætte med at teste effektiviteten af ​​nanobots som lægemiddelbærere. De agter i sidste ende at opskalere nanobotterne og studere de regulatoriske veje for at bevæge sig mod de første kliniske forsøg i de næste tre til fire år via IBEC-spinoff Nanobots Therapeutics.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden