«По сути, у нас есть внешний метод активации, который может локализовать доставку лекарства в любом месте, где вы хотите, что намного эффективнее, чем простая инъекция группы наночастиц», — говорит соавтор исследования Нетанель Корин, доктор философии, бывший научный сотрудник Wyss Technology Development. и нынешний доцент Израильского технологического института.Ключом к этому новому методу является создание агрегатов наночастиц (NPA), которые представляют собой крошечные структуры, состоящие из содержащих лекарство наночастиц, окруженных поддерживающей матрицей, наподобие ягод, взвешенных в черничном маффине. Подобно поварам, пытающимся создать идеальную выпечку, исследователи экспериментировали с различными размерами наночастиц и соотношением наночастиц к матрице, чтобы создать NPA, достаточно стабильные, чтобы оставаться неповрежденными при инъекции, но также тонко настроенные, чтобы разрушаться при разрыве с помощью низкого давления. энергетические ультразвуковые волны, освобождая наночастицы, которые затем со временем высвобождают свои лекарственные вещества, как черника, медленно истекающая своим соком.Чтобы проверить, работают ли NPA так, как задумано, команда сначала подвергала клетки рака молочной железы мыши воздействию свободных наночастиц, интактных NPA или NPA, обработанных ультразвуком.
Обработанные ультразвуком NPA и свободные наночастицы показали большую интернализацию опухоли, чем интактные NPA, показывая, что ультразвуковые волны эффективно разрушают NPA, позволяя наночастицам проникать в раковые клетки.Затем исследователи повторили эксперименты с наночастицами, содержащими доксорубицин (распространенный химиотерапевтический препарат, используемый для лечения различных видов рака), и обнаружили, что NPA приводят к сопоставимому уровню гибели раковых клеток, демонстрируя, что инкапсуляция NPA не оказывает отрицательного воздействия на эффективность Наркотик.Наконец, чтобы увидеть, хорошо ли работают NPA по сравнению с рыхлыми наночастицами in vivo, оба препарата вводили внутривенно мышам с опухолями рака груди.
Обработанные ультразвуком NPA доставили почти в пять раз больше наночастиц к месту опухоли, чем интактные NPA, в то время как свободные наночастицы доставили в два-три раза больше. Когда наночастицы были загружены доксорубицином, опухоли у мышей, получавших NPA и ультразвук, уменьшились почти вдвое по сравнению с опухолями у мышей, получавших свободные наночастицы. Важно отметить, что с помощью NPA исследователи смогли вдвое сократить размер опухоли, используя одну десятую обычно необходимой дозы доксорубицина, что снизило количество смертей мышей из-за токсичности лекарства с 40% до 0%.«Закрепление наночастиц в NPA позволяет точно доставить армию наночастиц из каждого отдельного NPA непосредственно в опухоль в ответ на ультразвук, и это значительно минимизирует растворение этих наночастиц в кровотоке», — говорит Анн-Лор Папа, доктор философии. ., соавтор и постдокторант в Институте Висса. «Кроме того, наши активируемые ультразвуком NPA демонстрируют структуру распределения по всему телу, аналогичную одобренным FDA полимерным наночастицам PLGA, поэтому мы ожидаем, что NPA будут сравнительно безопасными».
Также наблюдалось, что NPA ограничивают «взрывное высвобождение», обычно наблюдаемое при доставке лекарственного средства в виде наночастиц, при котором значительное количество из них вскрывается и высвобождает свое лекарство вскоре после инъекции, вызывая неблагоприятную реакцию вокруг места инъекции и уменьшая количество препарат, попадающий в опухоль. При применении к раковым клеткам in vitro свободные наночастицы высвобождали 25% своего лекарственного вещества в течение пяти минут после введения, в то время как наночастицы, содержащиеся в интактных NPA, высвобождали только 1,8% своего лекарства. Когда применялся ультразвук, из NPA высвобождались дополнительные 65% лекарства по сравнению с свободными наночастицами, которые высвобождали только дополнительные 11%.
Команда говорит, что дополнительные исследования могут еще больше улучшить характеристики чувствительных к ультразвуку NPA, что сделает платформу привлекательным вариантом для более безопасного и эффективного проведения химиотерапии. Его можно было бы сделать еще более мощным за счет комбинации с другими стратегиями нацеливания на опухоль, такими как использование пептидов, которые являются домом для микросреды опухоли, для дальнейшего направления противораковых препаратов к их мишеням. «Мы надеемся, что в будущем нашу технику триггерного накопления можно будет комбинировать с такими стратегиями нацеливания для получения еще более мощных лечебных эффектов», — говорит Папа.
«Этот подход предлагает новое решение широко распространенной проблемы доставки высокой концентрации внутривенного препарата в очень конкретную область при сохранении остальной части тела», — говорит старший автор и директор-основатель Wyss Дональд Ингбер, доктор медицины, доктор философии. , который также является профессором биологии сосудов Гарвардской медицинской школы (HMS) и Программы биологии сосудов в Бостонской детской больнице, а также профессором биоинженерии в Гарвардском университете SEAS. «Используя локализованный ультразвук для выборочного развертывания наночастиц с замедленным высвобождением, содержащих высокие концентрации лекарств, мы создали неинвазивный способ безопасно и эффективно проводить химиотерапию только там, где и когда это необходимо».