Självgående nanobotar krymper blåstumörer hos möss med 90 % – Physics World

Självgående nanobotar krymper blåstumörer hos möss med 90 % – Physics World

Tidsstämpel: 21 februari 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="Riktad behandling Ackumulering av nanobots i tumören visualiserad med mikroskopi. (Med tillstånd: IRB Barcelona)”> Ansamling av nanobotar i tumören
Riktad behandling Ackumulering av nanobotar i tumören visualiserad med mikroskopi. (Med tillstånd: IRB Barcelona)

Föreställ dig en armé av självgående, radioisotoptäckta partiklar som är 2500 10,000 till XNUMX XNUMX gånger mindre än en dammfläck som vid injektion i kroppen letar efter och fäster sig vid cancertumörer och förstör dem. Låter som science fiction? Inte så för möss med blåscancer.

Forskare i Spanien rapporterar att nanopartiklar som innehåller radioaktivt jod och som driver sig själva vid reaktion med urea har förmågan att skilja cancerösa blåstumörer från frisk vävnad. Dessa "nanobots" penetrerar tumörens extracellulära matris och ackumuleras i den, vilket gör det möjligt för radionuklidterapin att nå sitt exakta mål. I en studie genomförd på Institutet för bioteknik i Katalonien (IBEC) i Barcelona, ​​möss som fick en enda dos av denna behandling hade en 90% minskning av storleken på blåstumörer jämfört med obehandlade djur.

Detta nya tillvägagångssätt kan en dag revolutionera behandlingen av cancer i urinblåsan. Blåscancer är den tionde vanligaste cancerformen i världen, med över 600,000 2022 nya fall diagnostiserade 220,000 och mer än XNUMX XNUMX dödsfall globalt, enligt Världshälsoorganisationens Global Cancer Observatory.

Icke-muskelinvasiv blåscancer, som står för 75 % av fallen, behandlas för närvarande genom tumörresektion följt av intravesikal injektion av kemoterapi eller immunterapiläkemedel i urinblåsan. Läkemedelstillförsel är dock särskilt utmanande på grund av den låga permeabiliteten hos urothelium (vävnaden som kantar insidan av urinvägarna), innehållsfyllning av urin och efterföljande utsköljning av läkemedel. Processen är också obekväm för patienterna, eftersom de behöver vända sina kroppar med intervaller medan de ligger benägna för att läkemedlen ska kunna nå alla sidor av blåsväggen. Efter behandling finns det en 30–70 % risk för återfall inom fem år.

För att förbättra kliniska resultat, huvudprövare Samuel Sanchez och kollegor syftar till att utveckla innovativa och mer effektiva behandlingar för blåscancer, och i processen minska återfallsfrekvensen. Dessutom skulle en endosbehandling avsevärt minska kostnaden för behandling, som för närvarande kräver mellan sex och 14 sjukhusvistelser.

Teamet skapade nanobotar från mesoporösa kiseldioxidnanopartiklar med olika funktionella komponenter på sina ytor. Dessa inkluderar radioisotoper för PET-visualisering eller radionuklidterapi, och proteinet ureas, som reagerar med urea i urinen och möjliggör nanobotens framdrivning.

Skriva i Natur nanoteknik, rapporterar forskarna att när de tillsatte en droppe nanobotar till en lösning innehållande 300 mM urea, uppvisade nanobotarna en svärmande rörelse och bildade aktiva och kraftfulla fronter och tredimensionella virvlar. Utan urean sedimenterade nanobotarna helt enkelt nära tillsatsplatsen.

För att undersöka om nanobotarna kan nå en tumör in vivo-, bedömde laget deras beteende hos tumörbärande möss. Bilder från positronemissionstomografi (PET) visade att signaler från radiomärkta nanobotar var samlokaliserade med tumörpositionen, bestämd via MRT, med radioaktivitet som främst sågs vid måltumörstället. Endast möss injicerade med nanobots plus urea visade betydande ackumulering i tumörmassan - nanobots levererade i vatten och kontrollnanopartiklar (utan ureas) levererade i vatten eller urea uppvisade minimalt tumörupptag.

Forskarna föreslår att nanobotarnas rörlighet hjälper dem att penetrera tumörmassan. "Nanobots saknar specifika antikroppar för att känna igen tumören, och tumörvävnad är vanligtvis styvare än frisk vävnad, men detta är inte fallet i blåstumörer", förklarar medförfattaren Meritxell Serra Casablancas av IBEC. "Vi observerade att dessa nanorobotar kan bryta ner tumörens extracellulära matris genom att lokalt öka pH genom en självgående kemisk reaktion. Detta fenomen gynnade större tumörpenetration." Forskarna tror att nanobotarna kolliderar med urotelet som om det vore en vägg, men penetrerar tumören som är svampigare.

Teamet noterar att det var utmanande att identifiera nanobotarna i mikroskopibilder av dissekerad vävnad. Efter att konfokala optiska mikroskopitekniker misslyckats, forskare vid IRB Barcelona utvecklat ett ljusarkbaserat mikroskopisystem, baserat på plan laserbelysning, kapabelt att skanna de olika skikten i urinblåsan och skapa en 3D-rekonstruktion av hela organet.

"Det spridda elastiska ljusarkmikroskopisystemet som vi utvecklade gjorde det möjligt för oss att eliminera ljuset som reflekterades av själva tumören, så att vi kunde identifiera och lokalisera nanopartiklar i hela organet utan föregående märkning, med oöverträffad upplösning", säger Julien Colombelli från IRB Barcelona.

För att utvärdera teknikens terapeutiska effekt märkte teamet nanobotar med jod-131 (131I, en radioisotop som vanligtvis används för radionuklidterapi), och administrerade dem till de tumörbärande mössen. Behandling med förlorad dos 131I-nanobots i urea stoppade tumörtillväxt, medan hög dos 131I-nanobots administrerade i urea ledde till en minskning av tumörvolymen med nästan 90 % jämfört med obehandlade djur.

Sánchez berättar Fysikvärlden att teamets nästa steg är att kapsla in små läkemedel som för närvarande används i kemoterapi och fortsätta att testa effektiviteten hos nanobotar som läkemedelsbärare. De avser så småningom att skala upp nanobotarna och studera de reglerande vägarna för att gå mot de första kliniska prövningarna under de kommande tre till fyra åren, via IBEC spinoff Nanobots Therapeutics.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden