工程師開發出可穿過血腦屏障的納米顆粒

目前，膠質母細胞瘤是一種具有高死亡率的侵襲性腦癌，目前幾乎沒有好的治療選擇。這種疾病如此難以治療的一個原因是大多數化療藥物不能穿透大腦周圍的血管。

麻省理工學院的一個研究小組現在正在開發攜帶藥物的納米顆粒，這種納米顆粒似乎比單獨使用藥物更有效地進入大腦。使用他們設計的人體組織模型，該模型準確地復制了血腦屏障，研究人員表明這些顆粒可以進入腫瘤并殺死膠質母細胞瘤細胞。

許多潛在的膠質母細胞瘤治療已在動物模型中顯示出成功，但最終在臨床試驗中失敗。麻省理工學院科赫綜合癌癥研究所的 Charles W. 和 Jennifer C. Johnson 臨床研究員、哈佛醫學院的講師和 Dana-Farber 的兒科腫瘤學家 Joelle Straehla 說，這表明需要一種更好的模型。癌癥研究所。

“我們希望通過在更真實的模型中測試這些納米粒子，我們可以減少很多時間和精力，這些時間和精力浪費在臨床上嘗試那些不起作用的東西上，”她說。“不幸的是，對于這種類型的腦瘤，已經有數百個試驗結果為陰性。”

Straehla 和 Dana-Farber 的博士后 Cynthia Hajal 是該研究的主要作者，該研究發表在本周的美國國家科學院院刊上。Paula Hammond，麻省理工學院教授，??化學工程系主任，科赫研究所成員;生物和機械工程的 Cecil 和 Ida Green 特聘教授 Roger Kamm 是該論文的高級作者。

模擬血腦屏障

幾年前，Kamm 的實驗室開始研究大腦和構成血腦屏障的血管的微流體模型。

因為大腦是一個如此重要的器官，大腦周圍的血管比身體其他血管要嚴格得多，以阻止潛在的有害分子。

為了在組織模型中模擬這種結構，研究人員在微流體裝置中培養了源自患者的膠質母細胞瘤細胞。然后，他們使用人類內皮細胞在腫瘤細胞球體周圍的小管中生長血管。該模型還包括周細胞和星形膠質細胞，這兩種細胞類型參與跨血腦屏障轉運分子。

當 Hajal 作為 Kamm 實驗室的研究生時，她與 Straehla 建立了聯系，后者當時是 Hammond 實驗室的博士后，他有興趣尋找新的方法來模擬納米粒子藥物向大腦的輸送。讓藥物穿過血腦屏障對于改善膠質母細胞瘤的治療至關重要，膠質母細胞瘤通常采用手術、放療和口服化療替莫唑胺聯合治療。這種疾病的五年生存率不到 10%。

Hammond 的實驗室開創了一種稱為逐層組裝的技術，他們可以使用這種技術來制造表面功能化的納米顆粒，這些納米顆粒在其核心中攜帶藥物。研究人員為這項研究開發的顆粒涂有一種稱為 AP2 的肽，該肽在之前的工作中已被證明可以幫助納米顆粒通過血腦屏障。然而，如果沒有準確的模型，很難研究這些肽如何幫助轉運穿過血管并進入腫瘤細胞。

當研究人員將這些納米顆粒輸送到膠質母細胞瘤和健康腦組織的組織模型中時，他們發現涂有 AP2 肽的顆粒更善于穿透腫瘤周圍的血管。他們還表明，這種轉運是由于結合了一種稱為 LRP1 的受體，這種受體在腫瘤附近比在正常腦血管中更豐富。

然后研究人員用一種常用的化療藥物順鉑填充這些顆粒。當這些顆粒被靶向肽包被時，它們能夠有效地殺死組織模型中的膠質母細胞瘤腫瘤細胞。然而，沒有肽的顆粒最終會破壞健康的血管而不是靶向腫瘤。

“與裸納米顆粒或游離藥物相比，我們發現用肽涂層納米顆粒治療的腫瘤細胞死亡增加。這些涂層顆粒顯示出更強的殺死腫瘤的特異性，而不是以非特異性方式殺死一切，”Hajal 說。

更有效的粒子

然后研究人員嘗試將納米粒子傳遞給小鼠，使用專門的手術顯微鏡跟蹤納米粒子在大腦中的移動。他們發現這些粒子穿過血腦屏障的能力與他們在人體組織模型中看到的非常相似。

他們還表明，攜帶順鉑的涂層納米顆粒可以減緩小鼠腫瘤的生長，但效果不如他們在組織模型中看到的那么強。研究人員說，這可能是因為腫瘤處于更晚期階段。他們現在希望測試由各種納米顆粒攜帶的其他藥物，看看哪種藥物可能具有最大的效果。他們還計劃使用他們的方法來模擬其他類型的腦腫瘤。

“這是一個我們可以用來設計更有效納米粒子的模型，”Straehla 說。“我們只測試了一種類型的腦腫瘤，但我們真的想擴大和測試很多其他類型的腫瘤，尤其是難以研究的罕見腫瘤，因為可用的樣本可能不多。”

研究人員在最近的Nature Protocols論文中描述了他們用于創建腦組織模型的方法，以便其他實驗室也可以使用它。