Selvgående nanoboter krymper blæresvulster hos mus med 90 % – Physics World

Selvgående nanoboter krymper blæresvulster hos mus med 90 % – Physics World

Tidsstempel: 21. februar 2024 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 av nanoboter i svulsten visualisert ved mikroskopi. (Med tillatelse: IRB Barcelona)"> Akkumulering av nanoboter i svulsten
Målrettet behandling Akkumulering av nanoboter i svulsten visualisert ved mikroskopi. (Med tillatelse: IRB Barcelona)

Se for deg en hær av selvgående, radioisotopdekkede partikler som er 2500 til 10,000 XNUMX ganger mindre enn et støvkorn som, ved injeksjon i kroppen, leter etter og fester seg til kreftsvulster og ødelegger dem. Høres det ut som science fiction? Ikke slik for mus med blærekreft.

Forskere i Spania rapporterer at nanopartikler som inneholder radioaktivt jod og som driver seg selv ved reaksjon med urea, har evnen til å skille kreftsvulster i blæren fra sunt vev. Disse "nanobotene" penetrerer svulstens ekstracellulære matrise og akkumuleres i den, noe som gjør at radionuklidterapien kan nå sitt nøyaktige mål. I en studie utført ved Institutt for bioteknologi i Catalonia (IBEC) i Barcelona hadde mus som fikk en enkelt dose av denne behandlingen en 90 % reduksjon i størrelsen på blæresvulster sammenlignet med ubehandlede dyr.

Denne nye tilnærmingen kan en dag revolusjonere behandlingen av blærekreft. Blærekreft er den tiende vanligste kreftformen i verden, med over 600,000 2022 nye tilfeller diagnostisert i 220,000 og mer enn XNUMX XNUMX dødsfall globalt, ifølge Verdens helseorganisasjons Global Cancer Observatory.

Ikke-muskelinvasiv blærekreft, som utgjør 75 % av tilfellene, behandles i dag med tumorreseksjon etterfulgt av intravesikal injeksjon av kjemoterapi eller immunterapimedisiner i blæren. Legemiddellevering er imidlertid spesielt utfordrende på grunn av den lave permeabiliteten til urothelium (vevet som fletter innsiden av urinveiene), innholdsfylling av urin og påfølgende utvasking av medikamenter. Prosessen er også ubehagelig for pasienter, siden de må snu kroppen med intervaller mens de ligger utsatt for å gjøre det mulig for stoffene å nå alle sider av blæreveggen. Etter behandling er det 30–70 % risiko for tilbakefall innen fem år.

For å forbedre kliniske resultater, hovedetterforsker Samuel Sanchez og kolleger har som mål å utvikle innovative og mer effektive behandlinger for blærekreft, og i prosessen redusere gjentakelsesraten. I tillegg vil en enkeltdosebehandling redusere kostnadene ved behandling betydelig, som for tiden krever mellom seks og 14 sykehusinnleggelser.

Teamet skapte nanoboter fra mesoporøse silika-nanopartikler med forskjellige funksjonelle komponenter på overflaten. Disse inkluderer radioisotoper for PET-visualisering eller radionuklidterapi, og proteinet urease, som reagerer med urea i urinen og muliggjør nanobotens fremdrift.

Skriver inn Natur Nanoteknologi, rapporterer forskerne at når de tilsatte en dråpe nanoboter til en løsning som inneholdt 300 mM urea, viste nanobotene en svermende bevegelse, og dannet aktive og kraftige fronter og tredimensjonale virvler. Uten urea, sedimenterte nanobotene ganske enkelt nær tilsetningsstedet.

For å undersøke om nanobotene kan nå en svulst in vivo, vurderte teamet deres oppførsel hos svulstbærende mus. Positronemisjonstomografi (PET)-bilder viste at signaler fra radiomerkede nanoboter var samlokalisert med tumorposisjonen, bestemt via MR, med radioaktivitet primært sett på målsvulststedet. Kun mus injisert med nanoboter pluss urea viste betydelig akkumulering i tumormassen - nanoboter levert i vann, og kontrollnanopartikler (uten urease) levert i vann eller urea viste minimalt tumoropptak.

Forskerne foreslår at mobiliteten til nanobotene hjelper dem å trenge inn i svulstmassen. "Nanoboter mangler spesifikke antistoffer for å gjenkjenne svulsten, og tumorvev er vanligvis stivere enn sunt vev, men dette er ikke tilfelle i blæresvulster," forklarer medforfatter. Meritxell Serra Casablancas av IBEC. "Vi observerte at disse nanorobotene kan bryte ned den ekstracellulære matrisen til svulsten ved å lokalt øke pH gjennom en selvgående kjemisk reaksjon. Dette fenomenet favoriserte større svulstpenetrasjon." Forskerne mener at nanobotene kolliderer med urotelet som om det var en vegg, men trenger gjennom svulsten som er mer svampete.

Teamet bemerker at det var utfordrende å identifisere nanobotene i mikroskopibilder av dissekert vev. Etter at konfokale optiske mikroskopiteknikker mislyktes, forskerne ved IRB Barcelona utviklet et lysarkbasert mikroskopisystem, basert på plan laserbelysning, i stand til å skanne de forskjellige lagene i blæren og lage en 3D-rekonstruksjon av hele organet.

"Det spredte elastiske lysarkmikroskopisystemet som vi utviklet gjorde oss i stand til å eliminere lyset som ble reflektert av selve svulsten, slik at vi kunne identifisere og lokalisere nanopartikler i hele organet uten forutgående merking, med enestående oppløsning," sier Julien Colombelli fra IRB Barcelona.

For å evaluere teknikkens terapeutiske effekt, merket teamet nanoboter med jod-131 (131I, en radioisotop som vanligvis brukes til radionuklidbehandling), og administrerte dem til de svulstbærende musene. Behandling med tapsdose 131I-nanobots i urea stoppet tumorvekst, mens høydose 131I-nanoboter administrert i urea førte til nesten 90 % reduksjon i tumorvolum sammenlignet med ikke-behandlede dyr.

Sánchez forteller Fysikkens verden at teamets neste skritt er å innkapsle små legemidler som for tiden brukes i kjemoterapi og fortsette å teste effektiviteten til nanoboter som medikamentbærere. De har til slutt tenkt å skalere opp nanobotene og studere regulatoriske veier for å gå mot de første kliniske forsøkene i løpet av de neste tre til fire årene, via IBEC-spinoff Nanobots Therapeutics.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden