Durchbruch bei skalierbarer Nanopartikelherstellung zur Krebsbehandlung

Polymer beschichtete Nanopartikel, die mit therapeutischen Arzneimitteln beladen sind, zeigen ein signifikantes Versprechen für die Krebsbehandlung, einschließlich Eierstockkrebs. Diese Partikel können direkt auf Tumoren abzielen, wo sie ihre Nutzlast freisetzen und gleichzeitig viele der Nebenwirkungen einer herkömmlichen Chemotherapie vermeiden.

In den letzten zehn Jahren haben Professor Paula Hammond und ihre Schüler eine Vielzahl dieser Partikel unter Verwendung einer Technik geschaffen, die als Schicht-für-Schicht-Versammlung bekannt ist. Sie haben gezeigt, dass die Partikel den Krebs in Mausstudien effektiv bekämpfen können.

Um diese Nanopartikel näher an den menschlichen Gebrauch zu bringen, haben die Forscher nun eine Herstellungstechnik entwickelt, mit der sie in einem Bruchteil der Zeit größere Mengen der Partikel erzeugen können.

„Mit den von uns entwickelten Nanopartikelsystemen ist vielversprechend, und wir haben uns in jüngerer Zeit mit den Erfolgen, die wir in Tiermodellen für unsere Behandlungen für Eierstockkrebs gesehen haben, insbesondere mit den Erfolgen aufgeregt“, sagt Hammond, der auch MIT -Vizeprovost für Fakultät und Mitglied des Koch -Instituts für integrative Krebsforschung ist. „Letztendlich müssen wir in der Lage sein, diese auf eine Skala zu bringen, in der ein Unternehmen diese auf großer Ebene herstellen kann.“

Hammond und Darrell Irvine, Professor für Immunologie und Mikrobiologie am Scripps Research Institute, sind ältere Autoren der neuen Studie, die heute in erscheint Erweiterte funktionale Materialien. Ivan Pires PhD ’24, heute ein Postdoc im Brigham and Women’s Hospital und ein Gastwissenschaftler am Koch Institute und Ezra Gordon ’24 sind die Hauptautoren von Papier. Heikyung Suh, ein MIT -Forschungstechniker, ist ebenfalls Autor.

Ein optimierter Prozess

Vor mehr als einem Jahrzehnt entwickelte Hammonds Labor eine neuartige Technik zum Bau von Nanopartikeln mit hoch kontrollierten Architekturen. Dieser Ansatz ermöglicht es, Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften auf die Oberfläche eines Nanopartikels zu legen, indem die Oberfläche abwechselnd positiv und negativ geladene Polymere ausgesetzt wird.

Jede Schicht kann mit Arzneimittelmolekülen oder anderen Therapeutika eingebettet werden. Die Schichten können auch zielgerichtete Moleküle tragen, die den Partikeln helfen, Krebszellen zu finden und zu betreten.

Unter Verwendung der Strategie, die Hammonds Labor ursprünglich entwickelt hat, wird jeweils eine Schicht angewendet, und nach jeder Anwendung gehen die Partikel einen Zentrifugationsschritt durch, um überschüssiges Polymer zu entfernen. Dies ist zeitintensiv und wäre schwierig, bis zu einer groß angelegten Produktion zu skalieren, so die Forscher.

In jüngerer Zeit entwickelte ein Doktorand in Hammonds Labor einen alternativen Ansatz zur Reinigung der Partikel, die als tangentiale Flussfiltration bezeichnet werden. Während dies den Prozess optimierte, war es jedoch immer noch durch seine Herstellungskomplexität und maximale Produktionsskala begrenzt.

Obwohl die Verwendung der Tangentialflussfiltration hilfreich ist, ist sie immer noch ein sehr kleiner Verfahren, und eine klinische Untersuchung erfordert, dass wir für eine erhebliche Anzahl von Patienten viele Dosen zur Verfügung haben. „

Paula Hammond, Professor des MIT -Instituts

Um eine größere Fertigungsmethode zu erstellen, verwendeten die Forscher ein mikrofluidisches Mischgerät, mit dem sie nacheinander neue Polymerschichten hinzufügen können, wenn die Partikel durch ein Mikrokanal innerhalb des Geräts fließen. Für jede Schicht können die Forscher genau berechnen, wie viel Polymer benötigt wird, was die Notwendigkeit beseitigt, die Partikel nach jeder Zugabe zu reinigen.

„Das ist wirklich wichtig, da Trennungen die teuersten und zeitaufwändigsten Schritte in solchen Systemen sind“, sagt Hammond.

Diese Strategie beseitigt den Bedarf an manuellem Polymermischung, optimiert die Produktion und integriert gute Prozesse für die Herstellungspraxis (GMP). Die GMP-Anforderungen der FDA stellen sicher, dass die Produkte die Sicherheitsstandards entsprechen und konsistent hergestellt werden können, was mit dem vorherigen stufenweise Batch-Prozess sehr herausfordernd und kostspielig wäre. Das mikrofluidische Gerät, das die in dieser Studie verwendeten Forscher bereits zur Herstellung anderer Arten von Nanopartikeln, einschließlich mRNA -Impfstoffen, verwendet werden.

„Mit dem neuen Ansatz besteht viel weniger Chancen für einen Fehler oder Pannen im Bediener“, sagt Pires. „Dies ist ein Prozess, der in GMP leicht implementiert werden kann, und das ist wirklich der Hauptschritt hier. Wir können eine Innovation innerhalb der Schicht-für-Schicht-Nanopartikel schaffen und sie schnell so produzieren, dass wir in klinische Studien gehen können.“

Skalierte Produktion

Mit diesem Ansatz können die Forscher in wenigen Minuten 15 Milligramm Nanopartikel (genug für etwa 50 Dosen) erzeugen, während die ursprüngliche Technik nahezu eine Stunde dauern würde, um die gleiche Menge zu schaffen. Dies könnte die Produktion von mehr als genügend Partikeln für klinische Studien und die Verwendung von Patienten ermöglichen, so die Forscher.

„Um mit diesem System zu skalieren, führen Sie den Chip weiter aus und es ist viel einfacher, mehr von Ihrem Material zu produzieren“, sagt Pires.

Um ihre neue Produktionstechnik zu demonstrieren, erstellten die Forscher Nanopartikel, die mit einem Zytokin namens Interleukin-12 (IL-12) beschichtet waren. Hammonds Labor hat zuvor gezeigt, dass IL-12 von Schicht-für-Schicht-Nanopartikeln von wichtigen Immunzellen und langsamem Ovarial-Tumorwachstum bei Mäusen aktivieren kann.

In dieser Studie stellten die Forscher fest, dass IL-12-beladene Partikel, die mit der neuen Technik hergestellt wurden, eine ähnliche Leistung wie die ursprünglichen Schicht-für-Schicht-Nanopartikel zeigten. Und diese Nanopartikel binden nicht nur an Krebsgewebe, sondern zeigen auch eine einzigartige Fähigkeit, nicht in die Krebszellen einzutreten. Dies ermöglicht es den Nanopartikeln, als Marker an den Krebszellen zu dienen, die das Immunsystem lokal im Tumor aktivieren. Bei Mausmodellen von Eierstockkrebs kann diese Behandlung sowohl zu einer Verzögerung des Tumorwachstums als auch zu den Heilungen führen.

Die Forscher haben ein Patent über die Technologie beantragt und arbeiten nun mit dem Deshpande Center für technologische Innovationen des MIT zusammen in der Hoffnung, ein Unternehmen zur Kommerzialisierung der Technologie zu bilden. Während sie sich zunächst auf Krebserkrankungen der Bauchhöhle wie Eierstockkrebs konzentrieren, könnte die Arbeit auch auf andere Krebsarten angewendet werden, einschließlich Glioblastom, sagen die Forscher.

Die Forschung wurde von den US -amerikanischen National Institutes of Health, dem Marble Center for Nanomedicine, dem DESHPande Center for Technological Innovation und dem Kernstipendium des Koch Institute (CORE) des National Cancer Institute finanziert.

Quellen: