Beras tim dengan MD Anderson, Baylor College of Medicine untuk mengeksplorasi pengiriman obat dan gen.
HOUSTON - (9 April 2012) - Menggunakan nanopartikel pemanenan cahaya untuk mengubah energi laser menjadi “nanobubble plasmonic,” peneliti di Rice University, Pusat Kanker Anderson University of Texas MD dan Baylor College of Medicine (BCM) sedang mengembangkan metode baru untuk menyuntikkan obat-obatan dan muatan genetik langsung ke sel kanker. Dalam tes pada sel kanker yang resistan terhadap obat, para peneliti menemukan bahwa pemberian obat kemoterapi dengan nanobubbles hingga 30 kali lebih mematikan pada sel kanker dibandingkan dengan pengobatan obat tradisional dan membutuhkan kurang dari sepersepuluh dosis klinis.
https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=5ImLfi1Wi5s
"Kami memberikan obat kanker atau muatan genetik lainnya pada tingkat sel tunggal," kata Rice's Dmitri Lapotko, ahli biologi dan fisikawan yang teknik nanobubble plasmoniknya adalah subjek dari empat studi peer-review baru, termasuk satu yang dijadwalkan akhir bulan ini di jurnal Biomaterials dan yang lainnya diterbitkan 3 April di jurnal PLoS ONE. “Dengan menghindari sel-sel sehat dan memberikan obat langsung di dalam sel kanker, kita dapat secara bersamaan meningkatkan kemanjuran obat sambil menurunkan dosis,” katanya.
Memberikan obat dan terapi secara selektif sehingga memengaruhi sel kanker tetapi tidak pada sel yang sehat di dekatnya merupakan kendala utama dalam pemberian obat. Menyortir sel kanker dari sel sehat telah berhasil, tetapi memakan waktu dan mahal. Para peneliti juga telah menggunakan nanopartikel untuk menargetkan sel-sel kanker, tetapi nanopartikel dapat diambil oleh sel-sel sehat, sehingga menempelkan obat ke nanopartikel juga dapat membunuh sel-sel sehat.
Nanobubbles Beras bukanlah nanopartikel; melainkan, itu adalah acara yang berumur pendek. Nanobubbles adalah kantong kecil dari udara dan uap air yang dibuat ketika sinar laser menyerang sekelompok nanopartikel dan dikonversi langsung menjadi panas. Gelembung terbentuk tepat di bawah permukaan sel kanker. Ketika gelembung mengembang dan pecah, mereka secara singkat membuka lubang kecil di permukaan sel dan memungkinkan obat kanker untuk masuk ke dalam. Teknik yang sama dapat digunakan untuk memberikan terapi gen dan muatan terapi lainnya langsung ke sel.
Metode ini, yang belum diuji pada hewan, akan memerlukan penelitian lebih lanjut sebelum mungkin siap untuk pengujian manusia, kata Lapotko, staf pengajar di bidang biokimia dan biologi sel dan dalam fisika dan astronomi di Rice.
Studi Biomaterials yang dijadwalkan akhir bulan ini melaporkan modifikasi genetik sel-T manusia untuk tujuan terapi sel anti-kanker. Makalah ini, yang ditulis bersama oleh Dr. Malcolm Brenner, profesor kedokteran dan pediatri di BCM dan direktur Pusat Terapi Sel dan Gene BCM, menemukan bahwa metode ini “memiliki potensi untuk merevolusi pengiriman obat dan terapi gen dalam beragam aplikasi."
"Mekanisme injeksi nanobubble adalah pendekatan yang sama sekali baru untuk pengiriman obat dan gen," kata Brenner. "Ini memegang janji besar untuk secara selektif menargetkan sel-sel kanker yang dicampur dengan sel-sel sehat dalam budaya yang sama."
Nanobubbles plasmonik Lapotko dihasilkan ketika pulsa sinar laser menyerang plasmon, gelombang elektron yang bergerak bolak-balik melintasi permukaan nanopartikel logam. Dengan mencocokkan panjang gelombang laser dengan plasmon, dan memutar dengan jumlah yang tepat dari energi laser, tim Lapotko dapat memastikan bahwa nanobubbles hanya terbentuk di sekitar gugus nanopartikel dalam sel kanker.
Dmitri Lapotko, Kredit Gambar: Jeff Fitlow
Menggunakan teknik untuk mendapatkan obat melalui dinding luar pelindung sel kanker, atau membran sel, dapat secara dramatis meningkatkan kemampuan obat untuk membunuh sel kanker, seperti yang ditunjukkan oleh Lapotko dan MD Anderson's Xiangwei Wu dalam dua penelitian terbaru, satu di Biomaterials pada bulan Februari dan satu lagi di Materi Tingkat Lanjut di bulan Maret.
"Mengatasi resistensi obat merupakan salah satu tantangan utama dalam pengobatan kanker," kata Wu. "Menargetkan nanobubble plasmonic ke sel kanker memiliki potensi untuk meningkatkan pengiriman obat dan pembunuhan sel kanker."
Untuk membentuk nanobubble, para peneliti pertama-tama harus mendapatkan nanoclusters emas di dalam sel kanker. Para ilmuwan melakukan ini dengan menandai nanopartikel emas individu dengan antibodi yang mengikat permukaan sel kanker. Sel menelan nanopartikel emas dan menyatukannya dalam saku kecil tepat di bawah permukaannya.
Sementara beberapa nanopartikel emas diambil oleh sel-sel sehat, sel-sel kanker mengambil lebih banyak, dan selektivitas prosedur berutang pada kenyataan bahwa ambang minimum energi laser yang diperlukan untuk membentuk nanobubble dalam sel kanker terlalu rendah untuk membentuk nanobubble dalam sel yang sehat
Penelitian ini didanai oleh National Institutes of Health dan dijelaskan dalam makalah baru-baru ini:
"Injeksi transmembran sel khusus untuk muatan molekul dengan nanobubble transien plasmonik emas nanopartikel yang dihasilkan," yang akan diterbitkan akhir bulan ini di Biomaterials. Rekan penulis termasuk Lapotko, Ekaterina Lukianova-Hleb dan Daniel Wagner, semua Rice, dan BCM's Brenner.
“Proses pelepasan endosomal nanobubble yang ditingkatkan untuk pengiriman kemoterapi selektif dan terarah yang dipandu ke sel kanker yang resistan terhadap obat,” yang muncul dalam Biomaterials edisi Februari. Rekan penulis termasuk Lapotko, Lukianova-Hleb, Andrey Belyanin dan Shruti Kashinath, semua Rice, dan MD Anderson's Wu.
"Planomonic nanobubbles meningkatkan kemanjuran dan selektivitas kemoterapi terhadap sel kanker yang resistan terhadap obat," yang dipublikasikan secara online 7 Maret dalam jurnal Advanced Material. Rekan penulis termasuk Lapotko dan Lukianova-Hleb, keduanya dari Rice; Wu dan Ren, keduanya dari MD Anderson; dan Joseph Zasadzinski dari University of Minnesota.
"Peningkatan spesifisitas seluler nanobubble plasmonic versus nanopartikel dalam sistem sel heterogen," yang diterbitkan secara online 3 April di PLoS ONE. Rekan penulis termasuk Laptoko, Wagner, Lukianova-Hleb, Daniel Carson, Cindy Farach-Carson, Pamela Constantinou, Brian Danysh dan Derek Shenefelt, semuanya dari Rice; Wu dan Xiaoyang Ren, keduanya dari MD Anderson; dan Vladimir Kulchitsky dari Akademi Sains Nasional Belarus.
Diterbitkan ulang dengan izin dari Jade Boyd, Universitas Rice