Unikt formade magnetiska nanopartiklar erbjuder ett genombrott inom cancerterapi

Unikt formade magnetiska nanopartiklar erbjuder ett genombrott inom cancerterapi

Nya magnetiska nanopartiklar formade som en kub mellan två pyramider representerar ett genombrott för behandling av äggstockstumörer och möjligen andra cancerformer, enligt forskare från Oregon State University som utvecklade dem.

Forskarna säger att studien belyser vikten av form i magnetisk nanopartikeldesign och att resultaten kan revolutionera behandlingar som använder värme för att skada eller döda cancerceller.

Nanopartiklarna är gjorda av järnoxid och dopade med kobolt. Doping hänvisar till tillägg av något som ett sätt att justera egenskaper.

När partiklarna ackumuleras i cancervävnad efter intravenös injektion kan de snabbt stiga till temperaturer som försvagar eller förstör cancerceller.

Musmodellstudien, publicerad i avancerade funktionella material, är en del av pågående nanomedical forskning av forskare vid OSU College of Pharmacy.

Nanopartiklar är så små som en miljard meter, som har speciella egenskaper på grund av sin ringa storlek och höga förhållande mellan yta och volym.

Magnetiska nanopartiklar har visat anticancerpotential i åratal, sa forskarna, men för närvarande kan magnetisk hypertermi vanligtvis endast användas för patienter vars tumörer är tillgängliga via en injektionsnål - det vill säga om partiklarna kan injiceras direkt i cancern.

Med för närvarande tillgängliga magnetiska nanopartiklar kan de erforderliga terapeutiska temperaturerna – över 44 grader Celsius – endast uppnås genom direkt injektion. Och dessa nanopartiklar har bara måttlig uppvärmningseffektivitet, vilket innebär att de behöver en hög koncentration i tumören - högre än systemisk administrering normalt - för att generera tillräckligt med värme. "

Oleh Taratula, professor i farmaceutisk vetenskap, Oregon State University

Taratula och medarbetare vid Oregon State, Oregon Health & Science University och Indian Institute of Technology Mandi använde en ny metod för värmenedbrytning – en tvåstegsprocess som de kallar sådd och tillväxt – för att göra koboltdopade järnoxidnanopartiklar i en kubisk bipyramidform. Deras papper är den första rapporten om denna typ av nanopartiklar med denna specifika form.

"Dessa nanopartiklar uppvisar en anmärkningsvärd förmåga att snabbt värma upp, vilket ökar temperaturen med 3,73 grader Celsius per sekund under ett växlande magnetfält", säger Prem Singh, en postdoktor vid College of Pharmacy. "Detta är dubbelt så högt som värmeeffekten hos våra tidigare publicerade koboltdopade järnoxidnanopartiklar."

Detta innebär att en äggstockscancerpatient kan få en intravenös injektion och få sin tumör att stoppa efter en 30-minuters, icke-invasiv magnetfältsession. Korta behandlingssessioner förbättrar patientens komfort och följsamhet, säger forskare.

En cancerinriktad peptid hjälper nanopartiklarna i tumören, och eftersom uppvärmningseffektiviteten hos partiklarna är så stark kan den nödvändiga koncentrationen av nanopartiklar uppnås utan hög dosering, begränsad toxicitet och biverkningar.

"Detta är första gången som systemiskt injicerade nanopartiklar värmer tumörer över 50°C, vilket avsevärt överstiger den terapeutiska tröskeln på 44°C för effektiv behandling vid en kliniskt relevant dos", säger Olena Taratula, docent i farmaceutisk vetenskap vid OSU. "Det finns nu stor potential att tillämpa magnetisk hypertermi på en mängd olika svåråtkomliga populationer, vilket gör behandlingen mer mångsidig och allmänt tillgänglig."

Karthickraja Duraisamy i Oregon State, Constanzraitmayr, Shitaljit Sharma, Tetiana Korzun, Abraham Moses, Vladislav Grigoriev, Ananiya Demessie, Youngrong Park, Yoon, även Babak Mamnoon och Ana Paula Mesquita Mesquita.

National Cancer Institute vid National Institutes of Health och Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development stödde denna forskning.

Källor: