迈阿密大学的研究人员开发了一种能够穿透血脑屏障的纳米粒子，用于同时治疗原发性乳腺癌肿瘤和脑转移瘤。
迈阿密大学的研究人员开发了一种突破性的纳米粒子，能够穿透血脑屏障，靶向原发性乳腺癌肿瘤和脑转移瘤。这种创新的治疗方法涉及一种双重药物策略，针对线粒体过程，已在实验室研究中显示出缩小肿瘤和延长生存期的希望。该团队继续完善他们的方法，目的是推进癌症治疗。
科学家们对他们的方法感到乐观，该方法在临床前模型中显示出初步的希望，最终可能被用来用单一疗法治疗脑转移瘤和原发性乳腺癌肿瘤。
来自迈阿密大学米勒医学院的西尔维斯特综合癌症中心的研究人员创建了一种能够穿越血脑屏障的纳米粒子。他们的目标是用单一治疗消除原发性乳腺癌肿瘤和脑转移瘤。实验室研究表明，这种方法在减小乳腺癌和脑肿瘤的大小方面是有效的。
脑转移瘤，也称为这些继发性肿瘤，最常由实体肿瘤如乳腺癌、肺癌和结肠癌引起，通常与预后不良有关。当癌症侵入大脑时，治疗很难跟进，部分原因是血脑屏障——一种几乎无法穿透的膜，将大脑与身体的其余部分分隔开来。
纳米粒子开发和双重药物策略
西尔维斯特团队的纳米粒子有一天可能被用来治疗转移瘤，并同时治疗原发肿瘤，根据领导这项研究的生物化学和分子生物学副教授、西尔维斯特技术和创新副主任Shanta Dhar博士所说。她是5月6日发表在《国家科学院院刊》上一篇论文的高级作者。
Shanta Dhar, Ph.D. Credit: Sylvester
通过将粒子装载两种前药（prodrugs），这些前药针对线粒体——细胞的能量生产中心，研究人员展示了他们的方法可以在临床前研究中缩小乳腺和脑肿瘤。
“我总是说纳米医学是未来，但当然我们已经处于那个未来，” Dhar博士提到，指的是商业上可用的COVID-19疫苗，这些疫苗在其配方中使用纳米粒子。“纳米医学绝对是癌症治疗的未来。”
这种新方法使用了一种由Dhar团队先前开发的生物可降解聚合物制成的纳米粒子，结合了两种也在她的实验室开发的药物，这些药物瞄准了癌症的能量来源。因为癌细胞通常与健康细胞有不同的代谢形式，抑制它们的代谢可以是杀死肿瘤而不伤害其他组织的有效方法。
其中一种药物是一种经典化疗药物——顺铂（cisplatin）的改良版本，它通过破坏快速生长细胞中的DNA来杀死癌细胞，有效地阻止它们的生长。但肿瘤细胞可以修复它们的DNA，有时会导致顺铂耐药。Dhar的团队修改了这种药物，将其目标从核DNA（构成我们的染色体和基因组的DNA）转移到线粒体DNA。线粒体是我们细胞的能量来源，并包含它们自己的、更小的基因组——并且，对于癌症治疗目的来说，重要的是它们没有我们较大的基因组具有的相同的DNA修复机制。
因为癌细胞可以切换不同的能量源以维持它们的生长和增殖，研究人员将他们改良的顺铂（他们称之为Platin-M）与另一种他们开发的药物Mito-DCA结合起来，这种药物专门针对一种称为激酶的线粒体蛋白，并抑制糖酵解，这是一种不同类型能量生成过程。
克服血脑屏障
Dhar说，开发能够进入大脑的纳米粒子是一条漫长的道路。她在整个独立职业生涯中一直在研究纳米粒子，在之前研究不同形式的聚合物的项目中，研究人员注意到，在临床前研究中，这些纳米粒子的一小部分到达了大脑。通过进一步改进这些聚合物，Dhar的团队开发了一种能够穿越血脑屏障和线粒体外膜的纳米粒子。
“弄清楚这些颗粒如何穿越血脑屏障，我们经历了很多起伏，我们仍在努力理解这一机制，” Dhar说。
然后，团队在临床前研究中测试了特殊的药物装载纳米粒子，并发现它们能够缩小乳腺肿瘤和在大脑中播种形成肿瘤的乳腺癌细胞。纳米粒子-药物组合还显示出无毒性，并在实验室研究中显著延长了生存期。
接下来，团队希望在实验室中测试他们的方法，以更密切地复制人类脑转移瘤，甚至可能使用患者衍生的癌细胞。他们还希望在胶质母细胞瘤（一种特别侵袭性的脑癌）的实验室模型中测试这种药物。
“我对聚合物化学真的很感兴趣，并且将这种兴趣用于医疗目的真的让我着迷，”迈阿密大学的博士生Akash Ashokan说，他在Dhar的实验室工作，并是这项研究的共同第一作者，与博士生Shrita Sarkar一起。“看到它被应用于癌症治疗真是太好了。”
参考文献：
“Simultaneous targeting of peripheral and brain tumors with a therapeutic nanoparticle to disrupt metabolic adaptability at both sites” by Akash Ashokan, Shrita Sarkar, Mohammad Z. Kamran, Bapurao Surnar, Akil A. Kalathil, Alexis Spencer and Shanta Dhar, 6 May 2024, Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.2318119121
S.D. 承认了来自西尔维斯特综合癌症中心、NCI资助的西尔维斯特综合癌症中心支持赠款1P30CA240139、Bankhead Coley癌症研究赠款（8BC10）和西尔维斯特桥接资助奖的财政支持。