Наномедицины, состоящие из наночастиц для адресной доставки лекарств в определенные ткани и клетки, предлагают новые решения для диагностики и лечения рака. Понимание взаимозависимости физико-химических свойств наномедицинских препаратов в корреляции с их биологическими реакциями и функциями имеет решающее значение для их дальнейшего развития как борцов с раком.
"Чтобы разработать наномедицины следующего поколения с превосходными противораковыми свойствами, мы должны понимать корреляцию между их физико-химическими свойствами, в частности размером частиц, и их взаимодействием с биологическими системами," объясняет Цзяньцзюнь Ченг, доцент кафедры материаловедения и инженерии Иллинойского университета в Урбане-Шампейн. В недавнем исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, Ченг и его сотрудники систематически оценивали зависящие от размера биологические профили трех монодисперсных наноконъюгатов лекарство-диоксид кремния при 20, 50 и 200 нм.
"В последнее время в этой области произошел серьезный толчок к миниатюризации размера наночастиц с использованием новых химических и инженерных разработок," Ченг добавил. "В то время как размеры большинства одобренных в настоящее время противораковых наномедицинских препаратов находятся в диапазоне от 100 до 200 нм, недавние исследования показали, что противораковые наномедицины с меньшими размерами, в частности 50 нм или меньше, демонстрируют улучшенные характеристики in vivo, такие как большее проникновение в ткани и увеличение опухоли. торможение."
"За последние 2-3 десятилетия был достигнут консенсус в отношении того, что размер частиц играет ключевую роль в определении их биораспределения, проникновения в опухоль, интернализации клеток, выведения из плазмы крови и тканей, а также выведения из организма – все это влияет на общая терапевтическая эффективность против рака," заявил Ли Тан, первый автор этой статьи PNAS. "Наши исследования демонстрируют четкие доказательства того, что существует оптимальный размер частиц для противораковых наномедицинских препаратов, что приводит к максимальному удержанию опухоли.
Среди трех исследованных наноконъюгатов размер частиц 50 нм обеспечивал оптимальное сочетание глубокого проникновения в опухолевую ткань, эффективной интернализации раковых клеток, а также медленного очищения опухоли, демонстрирует наивысшую эффективность против как первичных, так и метастатических опухолей in vivo.
Чтобы глубже понять зависимость наномедицинских препаратов от размера в накоплении и удержании опухоли, исследователи разработали математическую модель пространственно-временного распределения наночастиц в сферически-симметричной опухоли. Результаты чрезвычайно важны для направления будущих исследований по разработке новых наномедицинских препаратов для лечения рака, отметил Ченг. Кроме того, новая наномедицина, разработанная исследователями из Иллинойса – с точно спроектированным размером в оптимальном диапазоне размеров – эффективно подавляет рак груди у человека и предотвращает метастазирование у животных, показывая перспективу для лечения различных видов рака у людей.
Тан, получивший степень доктора философии в Университете Иллинойса вместе с Цзянджун Ченг, в настоящее время является научным сотрудником CRI Ирвингтона в Массачусетском технологическом институте. Соавторами и соавторами статьи в Иллинойсе являются Тимоти Фан, доцент кафедры ветеринарной клинической медицины; Эндрю Фергюсон, доцент кафедры материаловедения и инженерии; и Уильям Хелферих, профессор пищевых наук и питания человека.