Nanopartikelbeläggning förbättrar leverans av cancerläkemedel och minskar biverkningar

En nyligen genomförd studie från University of Mississippi tyder på att en "sked socker" faktiskt kan hjälpa läkemedel att fungera mer effektivt samtidigt som de minskar de skadliga biverkningarna av cancerbehandlingar.

Istället för en sked socker använde forskarna glykopolymerer – polymerer gjorda av naturliga sockerarter som glukos – för att belägga nanopartiklar som levererar cancerläkemedel direkt till tumörer. De fann att glykopolymererna förhindrade proteiner från att fastna på nanopartiklarna, vilket minskade kroppens immunsvar på behandlingen.

Som ett resultat svarade kroppen bättre på behandlingen.

"Det största problemet är att cancerläkemedel är otroligt giftiga", säger Thomas Werfel, docent i biomedicinsk teknik.

"Det terapeutiska fönstret för dessa läkemedel är mycket smalt: dosen vid vilken de är effektiva är nästan densamma som dosen vid vilken de blir toxiska. Och när dosen är tillräcklig för att döda tumören orsakar den också toxicitet och många biverkningar som vi försöker undvika."

Varför händer detta? Eftersom endast en liten del av läkemedlet når tumören – i de flesta fall mindre än 1 %; mer än 99 % går till andra delar av kroppen.

Thomas Werfel, docent i biomedicinsk teknik, University of Mississippi

Detta läckage av giftiga läkemedel till andra delar av kroppen kan orsaka allvarliga tillstånd som leukemi, allergiska reaktioner och till och med utveckling av nya cancerformer. Men om mer av läkemedlet når tumören kan biverkningarna minskas.

Fördelar med glykopolymerer

Werfel och Kenneth Hulugalla, en doktorand i biomedicinsk teknik från Kandy, Sri Lanka, publicerade sina resultat i tidskriften ACS Nano i oktober.

Nanopartiklar – partiklar mindre än en tusendel av ett mänskligt hårstrås bredd – har visat sig effektiva vid behandling av cancer genom att leverera läkemedel direkt till tumörer. Proteiner, inklusive de som utlöser ett immunsvar, tenderar dock att klumpa ihop sig runt nanopartiklarna, vilket gör att kroppen stämplar behandlingen som främmande.

Denna immunresistens minskar läkemedlets effektivitet.

"Under de senaste 30 åren har polyetylenglykol (PEG) varit guldstandarden för att skydda dessa partiklar från immunsvaret", sa Hulugalla.

PEG-baserade beläggningar förlorar dock sin effektivitet efter första användningen: immunsystemet börjar snabbt känna igen läkemedlet som främmande, vilket förhindrar att det kommer in i tumören.

Glykopolymerer har däremot inte denna nackdel.

"Våra resultat visar att glykopolymerbelagda nanopartiklar avsevärt minskar oönskade immunsvar samtidigt som de dramatiskt förbättrar läkemedelsleveransen i både cell- och djurmodeller. Denna forskning kan vara ett viktigt steg mot effektivare cancerbehandlingar."

Djurstudier

Werfel och Hulugalla testade de glykopolymerbelagda nanopartiklarna på möss med bröstcancer och fann att fler nanopartiklar nådde tumörer jämfört med PEG-baserade partiklar. Nästa steg i deras forskning blir att ladda dessa nanopartiklar med läkemedel och testa deras effektivitet mot cancer.

"På lång sikt vill vi inte bara studera detta fenomen ur ett skyddande perspektiv, utan också arbeta med att aktivt rikta nanopartiklar mot tumörer", sa Werfel.

"Vi ser redan att glykopolymerer stimulerar immunförsvaret mindre, partiklarna stannar kvar i kroppen längre och når tumören bättre. Det här är fantastiskt."

Men nästa steg är att titta på hur vi kan rikta in oss på tumörer. Vilka biologiska markörer kan vi använda för att få fler partiklar eller läkemedel att ansamlas i tumören? Det här är de frågor som står i framkant av vår uppmärksamhet just nu.

Studien publicerades i ACS Nano.