生体適合性集束超音波が抗がん剤を標的に届ける – Physics World

生物学的環境における化学反応の遠隔制御により、さまざまな医療用途が可能になる可能性があります。 たとえば、化学療法薬を体内の標的に放出する能力は、これらの有毒化合物に伴う有害な副作用を回避するのに役立つ可能性があります。 この目的を達成するために、カリフォルニア工科大学の研究者 (カリフォルニア工科大学）は、超音波を使用して診断用または治療用化合物を必要なときに必要な場所に正確に放出する、まったく新しい薬物送達システムを開発しました。

の研究所で開発されたプラットフォーム マクスウェル・ロブ および ミハイル・シャピロは、物理的な力を受けると化学変化を起こし、より小さなカーゴ分子を放出するメカノフォアとして知られる力に敏感な分子をベースにしています。 機械的刺激は、生物組織の奥深くまで浸透し、サブミリメートルの精度で適用できる集束超音波 (FUS) によって提供できます。 しかし、この方法に関する以前の研究では、加熱を引き起こし、近くの組織に損傷を与える可能性のある高い音響強度が必要でした。

より低く、より安全な超音波強度の使用を可能にするために、研究者らは、超音波造影剤として使用できる空気で満たされたタンパク質ナノ構造であるガス小胞 (GV) に注目しました。 彼らは、GV が超音波エネルギーを集中させるための音響機械変換器として機能する可能性があると仮説を立てました。FUS にさらされると、GV はキャビテーションを起こし、その結果生じるエネルギーがメカノフォアを活性化します。

「超音波によって力を加えるのは、通常、小さな溶解気泡の爆縮を引き起こす非常に強い条件に依存します」と共同筆頭著者は説明します。 モリー・マクファーデン 報道陣の声明で。 「それらの崩壊は、メカノフォアを活性化する機械的な力の源です。 小胞は超音波に対する感度が高まります。 これらを使用すると、はるかに弱い超音波でも同じメカノフォアの活性化が達成できることがわかりました。」

調査結果を 米国科学アカデミー紀要、研究者らは、このアプローチが生体適合性 FUS を使用してメカノフォア官能基化ポリマーからカーゴ分子の放出を遠隔的に引き起こすことができることを実証しました。

ドラッグデリバリーの開発

McFadden らは、生理学的用途に安全な超音波パラメータを最初に特定しました。 330 kHz FUS を使用した実験により、1.47% デューティ サイクル (パルスあたり 4.5 サイクル) で 3000 MPa のピーク陰圧が生体適合性の上限となり、結果として音響強度が 3.6 W/cm になることが明らかになりました。²。 組織を模倣したゲルファントムでは、これらのパラメータによる最大温度上昇はわずか 3.6 °C でした。

次に研究者らは、これらの生体適合性パラメーターを使用して、FUS がメカノフォア含有ポリマーを活性化できるかどうかを調査しました。 彼らは、蛍光発生性小分子を負荷した鎖中心メカノフォアを含むポリマー PMSEA を研究しました。 このポリマーの希釈溶液を GV の存在下で生体適合性 FUS に曝露すると、蛍光が大幅に増加し、ペイロードの放出が成功したことを示しました (FUS 曝露の 15 分後に約 10% が放出されました)。 重要なことに、GV なしで FUS に曝露しても蛍光反応は引き起こされず、GV が音響機械変換器として重要な役割を果たしていることが確認されました。

次に研究者らは、このシステムが機械的に引き起こされる薬物放出に適しているかどうかを調べた。 彼らは、化学療法剤カンプトテシンをメカノフォアに結合させた後、重合して PMSEA-CPT を作成し、FUS を使用して制御放出を実現しました。 生体適合性 FUS と GV に 10 分間曝露した後、約 8% のカンプトテシンが放出されました。 蛍光発生分子に関して見出されたように、GV の非存在下では薬物放出は検出されませんでした。

共同筆頭著者によると ヤオ・ユシン、FUS が生物学的環境において特定の化学反応を制御することが実証されたのはこれが初めてです。 「これまで、超音波は物を破壊したり、動かしたりするために使用されてきました」とヤオ氏は言う。 「しかし今では、メカノケミストリーを使用して新しい道が開かれています。」

患者における標的化学療法におけるプラットフォームの将来の可能性を評価するために、研究者らはその細胞毒性を調査した。 ビトロ リンパ芽球様Raji細胞について。 以前に FUS および GV に曝露した PMSEA-CPT とともに XNUMX 日間インキュベートした細胞は、生存率の大幅な低下を示しました。 対照的に、FUS に曝露されていない PMSEA-CPT または FUS に曝露されたが GV のない PMSEA-CPT とインキュベートされた細胞では、有意な細胞毒性は見られませんでした。

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「水性媒体中のポリマーから機械的に引き起こされる分子ペイロードの放出は、ポリマー機械化学の非侵襲性バイオイメージングおよび治療への応用に対するこのアプローチの力を示しています」と研究者らは書いている。 「より広範には、この研究は、FUSによってもたらされる時空間精度と組織浸透を利用して、生物医学的に関連する条件下で特定の化学反応の遠隔制御を達成するためのアプローチを実証しています。」

制御された実験室条件下でのこれらの最初のテストに続き、研究者らは現在、生体でプラットフォームをテストすることを計画しています。 「私たちはこの根本的な発見を次のようなものに応用しようと取り組んでいます。 インビボの 薬物送達やその他の生物医学技術への応用です」とロブ氏は語ります。 物理学の世界.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/biocompatible-focused-ultrasound-delivers-cancer-drugs-on-target/