束缚的纳米颗粒提高了基于免疫的药物的性能

通过在机械力的作用下将数百个微小的颗粒束缚在肿瘤细胞的表面，麻省理工学院的研究小组使细胞更容易受到触发癌细胞自杀的药物的攻击。

麻省理工学院的一组研究人员已经开发出一种方法，可以在递送药物之前用纳米颗粒包被细胞，从而使肿瘤细胞更易于接受某些类型的癌症治疗。

通过在机械力的作用下将数百个微小的粒子束缚在肿瘤细胞的表面，研究人员使细胞更容易受到触发癌细胞自杀的药物的攻击。束缚的纳米颗粒似乎增加了通过流动血液施加在细胞上的力，这使细胞更容易死亡。

“当您将许多颗粒附着到这些细胞的膜上，然后将它们暴露于模仿人体中类似血流的作用力时，这些疗法就会变得更加有效。这是一种使用聚合材料放大作用在细胞上的力的方法。

在对小鼠的测试中，研究人员发现，束缚的纳米颗粒使诱导细胞自杀的药物的功效提高了50％，这种结合消除了小鼠中多达90％的肿瘤细胞。

麻省理工学院戴维·科赫研究所教授罗伯特·兰格（Robert Langer）是该论文的高级作者，该论文发表在3月20日的《自然通讯》上。

增加细胞死亡

除了研究肿瘤的异常遗传和生化特征外，近年来的科学家和工程师还研究了肿瘤的物理特征如何促进疾病进展。实体瘤利用物理力（例如增加的硬度和改变的血流）来增强其生存和生长。在软组织中流动的血液和液体所产生的作用力也会影响癌症和多种宿主细胞的行为。

在这项新研究中，麻省理工学院的研究小组着手确定诸如血流所施加的物理力是否会影响肿瘤对药物治疗的反应。他们专注于一种名为TRAIL的实验药物，该药物在免疫系统的不同细胞上表达。TRAIL是与细胞膜上死亡受体结合的肿瘤坏死因子家族的成员，向它们发送刺激细胞凋亡或程序性细胞死亡的信号。

最初的实验表明，肿瘤细胞在受到生理液的剪切力作用后变得对这种药物更敏感。“在这种流动条件下，在治疗剂的存在下，更多的肿瘤细胞开始死亡，”米切尔说。

这导致研究人员推测，通过增加作用在细胞上的力，它们可以使细胞对治疗更加敏感。一种方法是将微小颗粒附着到细胞表面。束缚的颗粒像一根绳子上的球一样作用，随着血液流过，在肿瘤细胞表面不断击打和拉扯，使细胞更容易受到药物发出的细胞死亡信号的影响。

可以注入血液中的颗粒是由称为PLGA的可生物降解聚合物制成的。这些颗粒被另一种聚合物PEG包被，该聚合物用对肿瘤细胞表面蛋白质的特异性配体或抗体标记，这使它们可以被束缚在表面上。

在对小鼠的测试中，研究人员发现将颗粒附着到肿瘤细胞上，然后用TRAIL处理它们可以杀死血液中的转移性肿瘤细胞，还可以减少小鼠实体瘤的进展。研究人员测试了100纳米至1微米的颗粒，发现最大的颗粒更有效。同样，随着更多的粒子束缚在表面上，更多的细胞死亡。

研究人员说，这种治疗方法的作用似乎是对肿瘤细胞特异的，并且不会诱导健康细胞凋亡。

康奈尔大学生物医学工程学教授迈克尔·金（Michael King）并未参与这项研究，他将该方法描述为非常有创意的方法。

金说：“我从未见过另一项研究，有人试图利用附着在细胞表面的颗粒来机械放大细胞的药物敏感性。”他补充说，这种方法也可能适用于其他药物。

强迫互动

研究人员认为，这种颗粒可以通过压缩通常围绕肿瘤细胞的分子的外罩来增强TRAIL的作用，从而使药物更容易与细胞表面的受体相互作用，从而开启细胞死亡途径。

“当您将细胞置于力下，然后这些颗粒落到细胞上时，它们可能会使表面上的所有这些分子变平。然后，受体可以与TRAIL更好地接触，从而诱导肿瘤细胞死亡。” Mitchell说。

麻省理工学院的研究小组现在正在探索将这种方法与其他刺激免疫反应的药物结合使用的可能性，例如诱导“细胞因子风暴”的药物-大量释放信号化学物质，从而吸引许多免疫细胞破坏该部位。肿瘤。

米切尔说：“我们对结合的方法非常感兴趣，在这种方法中，您可以使用多种基于免疫的疗法击中肿瘤细胞，然后利用这些细胞所受到的物理作用力来杀死它们，这是一种新的杀伤方法。”

该研究由科学界的Burroughs惠康基金会职业奖，Ruth L. Kirschstein国家研究服务奖和美国国立卫生研究院资助。

该论文的其他作者包括科赫研究所的博士后佩德罗·吉马良斯和奥马尔·汗，以及科赫研究所的技术助理杰米·韦伯斯特和阿曼达·钟。

出版物：Michael J. Mitchell等人，“免疫细胞因子介导的细胞凋亡的高分子机械放大器”，《自然通讯》第8期，文章编号：14179（2017）doi：10.1038 / ncomms14179