Medizinisches Konzept im Bereich Nanotechnologie. K_E_N/iStock
Wenn Sie das Wort „Nanomedizin“ hören, denken Sie vielleicht an Szenarien wie im Film von 1966 „ Fantastische Reise.“ Der Film zeigt ein medizinisches Team, das geschrumpft ist, um mit einem mikroskopisch kleinen Roboterschiff durch den Körper eines Mannes zu fahren, um ein Blutgerinnsel in seinem Gehirn zu beseitigen.
Die Nanomedizin hat dieses Entwicklungsniveau noch nicht erreicht. Obwohl Wissenschaftler Nanomaterialien herstellen können, die kleiner als einige Nanometer sind – das „Nano“ steht für einen Milliardstel Meter –, war die heutige Nanotechnologie nicht in der Lage, funktionsfähige elektronische Roboter zu erzeugen, die klein genug sind, um sicher zu injizierenin die Blutbahn. Aber da die Konzept der Nanotechnologie wurde erstmals in den 1970er Jahren eingeführt und hat sich in vielen Alltagsprodukten, darunter Elektronik, Stoffe, Lebensmittel, Wasser- und Luftbehandlungsverfahren, Kosmetika und Arzneimittel, einen Namen gemacht. Angesichts dieser Erfolge in verschiedenen Bereichen waren viele medizinische Forscher eifrigNanotechnologie zur Diagnose und Behandlung von Krankheiten einzusetzen.
Ich bin ein Pharmawissenschaftler der vom Versprechen der Nanomedizin inspiriert wurde. Mein Labor hat in den letzten 20 Jahren an der Entwicklung von Krebsbehandlungen unter Verwendung von Nanomaterialien gearbeitet. Obwohl die Nanomedizin viele Erfolge verzeichnet hat, waren einige Forscher wie ich von ihr enttäuscht überwältigende Gesamtleistung bei Krebs. Um den Erfolg im Labor besser auf Behandlungen in der Klinik übertragen zu können, haben wir eine vorgeschlagen neue Art zu entwerfen Krebsmedikamente mit Nanomaterialien. Mit dieser Strategie haben wir eine Behandlung entwickelt die bei Mäusen mit metastasiertem Brustkrebs eine vollständige Remission erreichen konnte.
Was ist Nanomedizin?
Nanomedizin bezieht sich auf die Verwendung von Materialien im Nanomaßstab zur Diagnose und Behandlung von Krankheiten. Einige Forscher definieren Nanomedizin als alle medizinischen Produkte, die Nanomaterialien verwenden, die kleiner als 1.000 Nanometer sind. Andere verwenden den Begriff enger, um sich auf injizierbare Arzneimittel zu beziehen, die Nanopartikel verwenden, die kleiner als 200 Nanometer sindEtwas Größeres kann möglicherweise nicht sicher in den Blutkreislauf injiziert werden.
Mehrere Nanomaterialien wurden erfolgreich in Impfstoffen eingesetzt. Die bekanntesten Beispiele sind heute die Pfizer-BioNTech und Moderna COVID-19 mRNA-Impfstoffe. Diese Impfstoffe verwendeten ein Nanopartikel aus Lipiden oder Fettsäuren, das hilft, die mRNA dorthin zu transportieren, wo sie im Körper hingehen muss, um eine Immunantwort auszulösen.
Forscher haben Nanomaterialien auch erfolgreich in der Diagnostik und medizinischen Bildgebung eingesetzt. COVID-19-Schnelltests und Schwangerschaftstests Verwenden Sie Gold-Nanopartikel, um das farbige Band zu bilden, das ein positives Ergebnis anzeigt. Magnetresonanztomographie oder MRT, verwendet oft Nanopartikel als Kontrastmittel, die helfen, ein Bild besser sichtbar zu machen.
Mehrere auf Nanopartikeln basierende Medikamente wurden für die Krebsbehandlung zugelassen.Doxil Doxorubicin und Abraxane Paclitaxel sind Chemotherapeutika, die Nanomaterialien als Abgabemechanismus verwenden, um die Wirksamkeit der Behandlung zu verbessern und Nebenwirkungen zu reduzieren.
Krebs und Nanomedizin
Das Potenzial der Nanomedizin, die Wirksamkeit eines Medikaments zu verbessern und seine Toxizität zu verringern, ist attraktiv für Krebsforscher, die mit Krebsmedikamenten arbeiten, die oft starke Nebenwirkungen haben. In der Tat, 65 % der klinischen Studien mit Nanopartikeln konzentrieren sich auf Krebs.
Die Idee ist, dass Nanopartikel-Krebsmedikamente wirken wie biologische Raketen die Tumore zerstören und gleichzeitig Schäden an gesunden Organen minimieren. Da Tumore undichte Blutgefäße haben, glauben Forscher, dass dies Nanopartikeln ermöglichen würde akkumulieren in Tumoren. Umgekehrt könnten sich Nanopartikel weniger in gesunden Organen ansammeln und die Toxizität verringern, da sie länger im Blutkreislauf zirkulieren können als herkömmliche Krebsbehandlungen.
Obwohl diese Designstrategien in Mausmodellen erfolgreich waren, haben die meisten Nanopartikel-Krebsmedikamente nicht gezeigt um wirksamer zu sein als andere Krebsmedikamente. Darüber hinaus können einige auf Nanopartikeln basierende Medikamente die Toxizität für bestimmte Organe verringern, während sie die Toxizität in anderen erhöhen können. Zum Beispiel, während die auf Nanopartikeln basierenden Doxil Verringert die Schädigung des Herzens im Vergleich zu anderen Chemotherapieoptionen, kann das Risiko für die Entwicklung der Hand-Fuß-Syndrom.
Verbesserung von Krebsmedikamenten auf Nanopartikelbasis
Um Möglichkeiten zur Verbesserung des Designs von Krebsmedikamenten auf Nanopartikelbasis zu untersuchen, haben mein Forschungsteam und ich geprüft wie gut Fünf zugelassene Krebsmedikamente auf Nanopartikelbasis reichern sich in Tumoren an und vermeiden gesunde Zellen im Vergleich zu denselben Krebsmedikamenten ohne Nanopartikel. Basierend auf den Ergebnissen unserer Laborstudie haben wir vorgeschlagen, Nanopartikel zu entwerfen genauer zu ihrem beabsichtigten Ziel könnte ihre Übertragung von Tiermodellen auf den Menschen verbessern. Dazu gehört die Schaffung von Nanopartikeln, die die Mängel eines bestimmten Medikaments – wie häufige Nebenwirkungen – beheben und sich auf die Zelltypen konzentrieren, auf die sie in jedem einzelnen abzielen solltenKrebsart.
Anhand dieser Kriterien haben wir ein Nanopartikel-basierte Immuntherapie für metastasierenden Brustkrebs. Wir haben zuerst festgestellt, dass Brustkrebs eine Art von Immunzelle hat, die die Immunantwort unterdrückt und dem Krebs hilft, resistent gegen Behandlungen zu werden, die das Immunsystem dazu anregen, Tumore anzugreifen. Wir stellten die Hypothese auf, dass Medikamente diese Resistenz zwar überwinden könnten, abersie können sich in diesen Zellen nicht ausreichend anreichern, um erfolgreich zu sein. Deshalb haben wir Nanopartikel entwickelt, die aus einem gemeinsamen Protein namens Albumin bestehen, das Krebsmedikamente direkt dorthin transportieren könnte, wo sich diese immunsupprimierenden Zellen befinden.
Als wir unsere auf Nanopartikeln basierende Behandlung an Mäusen testeten, die gentechnisch verändert wurden, um Brustkrebs zu haben, konnten wir den Tumor beseitigen und eine vollständige Remission erreichen. Alle Mäuse waren 200 Tage nach der Geburt noch am Leben. Wir hoffen, dass dies irgendwann der Fall sein wirdvon Tiermodellen auf Krebspatienten übersetzen.
Die strahlende, aber realistische Zukunft der Nanomedizin
Der Erfolg einiger Medikamente, die Nanopartikel verwenden, wie z. B. COVID-19 mRNA-Impfstoffe, hat bei Forschern und der Öffentlichkeit Aufregung über ihren möglichen Einsatz bei der Behandlung verschiedener anderer Krankheiten ausgelöst, einschließlich Gespräche über eine Zukunft Krebsimpfstoff. Allerdings ist ein Impfstoff gegen eine Infektionskrankheit nicht dasselbe als Impfstoff gegen Krebs. Krebsimpfstoffe erfordern möglicherweise andere Strategien, um Behandlungsresistenzen zu überwinden. Die Injektion eines auf Nanopartikeln basierenden Impfstoffs in den Blutkreislauf hat auch andere Designherausforderungen als die Injektion in Muskeln.
Obwohl das Gebiet der Nanomedizin gute Fortschritte dabei gemacht hat, Medikamente oder Diagnostika aus dem Labor in die Klinik zu bringen, hat es noch einen langen Weg vor sich. Das Lernen aus früheren Erfolgen und Misserfolgen kann Forschern dabei helfen, Durchbrüche zu entwickeln, die es der Nanomedizin ermöglichen, sich zu behauptenzu seinem Versprechen.
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