不同的癌症类型如何应对纳米药物输送吗
使用纳米粒子将抗癌药物提供了达到肿瘤用大剂量的药物,同时避免有害的副作用,通常有化疗。然而,到目前为止,只有少数nanoparticle-based抗癌药物已被fda批准。
麻省理工学院的一项新研究和广泛的麻省理工学院和哈佛大学的研究人员可能有助于克服一些障碍nanoparticle-based药物的发展。团队的35个不同类型的纳米粒子之间的相互作用的分析和近500种癌细胞显示成千上万的生物特征,影响这些细胞是否占用不同类型的纳米粒子。
这些发现可以帮助研究人员更好地调整粒子药物传输特定类型的癌症,或设计新的粒子,利用特定类型的肿瘤细胞的生物学特性。
“我们感到兴奋的发现,因为它仅仅是开始,我们可以使用这种方法来绘制出什么类型的纳米颗粒是最好的针对特定的细胞类型,从癌症到免疫细胞和其他健康和患病器官细胞。我们正在学习如何表面化学和其他材料属性在目标中发挥作用,”麻省理工学院教授葆拉·哈蒙德说,化学工程系,麻省理工学院的成员科赫研究所综合癌症研究。
哈蒙德是这项新研究的资深作者,发表在科学。娜塔莉Boehnke论文的主要作者,一位麻省理工学院的博士后将很快加入明尼苏达大学的教师,和Joelle Straehla,查尔斯w·约翰逊和詹妮弗·c·科赫研究所临床研究员,哈佛医学院讲师和儿科肿瘤学家丹纳-法伯癌症研究所。
Cell-particle交互
哈蒙德的实验室曾开发出许多类型的纳米粒子可以用来提供药物的细胞。在她的实验室和其他的研究表明不同类型的肿瘤细胞往往有不同的反应相同的纳米颗粒。Boehnke,研究卵巢癌当她加入了哈蒙德的实验室,和Straehla,研究脑癌,也注意到这一现象的研究。
研究人员推测,细胞之间生理上的差异可能会推动他们的反应的变化。找出这些差异可能是,他们决定进行一个大规模的研究,他们可以看大量的不同的细胞相互作用与许多类型的纳米粒子。
Straehla最近了解了Broad研究所棱镜平台,允许设计人员快速筛选数以千计的药物对数百种不同的癌症类型在同一时间。在安琪拉克勒仪器协作,麻省理工学院的生物工程副教授,团队决定尝试适应屏幕cell-nanoparticle平台交互,而不是cell-drug交互。
“使用这种方法,我们可以开始思考是否有一些关于细胞的基因型特征,预测有多少纳米粒子将起来,“Boehnke说。
屏幕上,研究人员使用488位癌症细胞系来自22个不同组织的起源。每个单元格类型是“页码”独特的DNA序列,可以让科学家发现细胞。对于每一个细胞类型,广泛的数据也可以在他们的基因表达谱和其他生物学特性。
35纳米颗粒,研究人员创建粒子,每一种都有一个核心组成的脂质体(粒子由许多脂肪被称为脂质分子),聚合物称为PLGA,或者另一个名为聚苯乙烯的聚合物。研究人员还与不同类型的防护涂层粒子或目标分子,包括聚合物如聚乙二醇、抗体和多糖。这使得他们学习的影响这两个核心的表面化学组成和颗粒。
与Broad研究所的科学家,包括珍妮弗·罗斯,棱镜实验室主任,研究人员暴露的数百种不同的细胞池35种不同纳米粒子之一。每个纳米颗粒荧光标记,所以研究人员可以使用cell-sorting技术分离细胞根据他们给多少荧光后曝光的四或24小时。
根据这些测量,每个单元格行被分配一个分数代表每个纳米颗粒的亲和力。研究人员然后使用机器学习算法来分析这些分数连同所有其他的生物数据可供每个细胞株。
分析了成千上万的特性,或生物标志物,为不同类型的纳米粒子与亲和力。许多这些标记的基因代码所需的细胞机制结合粒子,把他们变成一个细胞,或过程。其中一些基因是已知参与纳米贩卖,但许多其他人都是新的。
“我们发现了一些标记,我们预期,我们还发现更多,真的是未知的。我们希望其他人可以使用这个数据集来帮助扩大其对纳米颗粒和细胞相互作用,”Straehla说。
粒子吸收
研究人员挑出一种生物标志物的发现,一种叫做SLC46A3的蛋白质,为进一步研究。棱镜的屏幕显示,高水平的这种蛋白质与非常低的lipid-based纳米粒子的吸收。当研究人员测试这些粒子在黑色素瘤小鼠模型,他们发现同样的相关性。研究结果表明,这种生物标志物可以用来帮助医生确定病人的肿瘤更容易应对nanoparticle-based疗法。
现在,研究人员正试图揭开SLC46A3如何调节纳米粒子吸收机制。如果他们能发现新的方法来减少细胞的蛋白质含量,这可能有助于使肿瘤更容易受到药物由脂质纳米粒。研究人员也在研究进一步探索发现的一些其他生物标记他们。
这种筛选的方法也可以用来调查许多其他类型的纳米粒子,研究人员没有看在这个研究。
“没有限制的其他未被发现的生物标志物,我们只是还没有抓获,因为我们还没有上映,“Boehnke说。“希望这是一个为他人灵感开始观察他们的纳米系统以类似的方式。”
参考:Boehnke N, Straehla JP, Safford HC, et al .大规模并行汇集筛选揭示基因组纳米交付的决定因素。科学。2022,377 (6604):eabm5551。doi:10.1126 / science.abm5551
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