工程师开发出可穿过血脑屏障的纳米颗粒

目前，胶质母细胞瘤是一种具有高死亡率的侵袭性脑癌，目前几乎没有好的治疗选择。这种疾病如此难以治疗的一个原因是大多数化疗药物不能穿透大脑周围的血管。

麻省理工学院的一个研究小组现在正在开发携带药物的纳米颗粒，这种纳米颗粒似乎比单独使用药物更有效地进入大脑。使用他们设计的人体组织模型，该模型准确地复制了血脑屏障，研究人员表明这些颗粒可以进入肿瘤并杀死胶质母细胞瘤细胞。

许多潜在的胶质母细胞瘤治疗已在动物模型中显示出成功，但最终在临床试验中失败。麻省理工学院科赫综合癌症研究所的 Charles W. 和 Jennifer C. Johnson 临床研究员、哈佛医学院的讲师和 Dana-Farber 的儿科肿瘤学家 Joelle Straehla 说，这表明需要一种更好的模型。癌症研究所。

“我们希望通过在更真实的模型中测试这些纳米粒子，我们可以减少很多时间和精力，这些时间和精力浪费在临床上尝试那些不起作用的东西上，”她说。“不幸的是，对于这种类型的脑瘤，已经有数百个试验结果为阴性。”

Straehla 和 Dana-Farber 的博士后 Cynthia Hajal 是该研究的主要作者，该研究发表在本周的美国国家科学院院刊上。Paula Hammond，麻省理工学院教授，​​化学工程系主任，科赫研究所成员;生物和机械工程的 Cecil 和 Ida Green 特聘教授 Roger Kamm 是该论文的高级作者。

模拟血脑屏障

几年前，Kamm 的实验室开始研究大脑和构成血脑屏障的血管的微流体模型。

因为大脑是一个如此重要的器官，大脑周围的血管比身体其他血管要严格得多，以阻止潜在的有害分子。

为了在组织模型中模拟这种结构，研究人员在微流体装置中培养了源自患者的胶质母细胞瘤细胞。然后，他们使用人类内皮细胞在肿瘤细胞球体周围的小管中生长血管。该模型还包括周细胞和星形胶质细胞，这两种细胞类型参与跨血脑屏障转运分子。

当 Hajal 作为 Kamm 实验室的研究生时，她与 Straehla 建立了联系，后者当时是 Hammond 实验室的博士后，他有兴趣寻找新的方法来模拟纳米粒子药物向大脑的输送。让药物穿过血脑屏障对于改善胶质母细胞瘤的治疗至关重要，胶质母细胞瘤通常采用手术、放疗和口服化疗替莫唑胺联合治疗。这种疾病的五年生存率不到 10%。

Hammond 的实验室开创了一种称为逐层组装的技术，他们可以使用这种技术来制造表面功能化的纳米颗粒，这些纳米颗粒在其核心中携带药物。研究人员为这项研究开发的颗粒涂有一种称为 AP2 的肽，该肽在之前的工作中已被证明可以帮助纳米颗粒通过血脑屏障。然而，如果没有准确的模型，很难研究这些肽如何帮助转运穿过血管并进入肿瘤细胞。

当研究人员将这些纳米颗粒输送到胶质母细胞瘤和健康脑组织的组织模型中时，他们发现涂有 AP2 肽的颗粒更善于穿透肿瘤周围的血管。他们还表明，这种转运是由于结合了一种称为 LRP1 的受体，这种受体在肿瘤附近比在正常脑血管中更丰富。

然后研究人员用一种常用的化疗药物顺铂填充这些颗粒。当这些颗粒被靶向肽包被时，它们能够有效地杀死组织模型中的胶质母细胞瘤肿瘤细胞。然而，没有肽的颗粒最终会破坏健康的血管而不是靶向肿瘤。

“与裸纳米颗粒或游离药物相比，我们发现用肽涂层纳米颗粒治疗的肿瘤细胞死亡增加。这些涂层颗粒显示出更强的杀死肿瘤的特异性，而不是以非特异性方式杀死一切，”Hajal 说。

更有效的粒子

然后研究人员尝试将纳米粒子传递给小鼠，使用专门的手术显微镜跟踪纳米粒子在大脑中的移动。他们发现这些粒子穿过血脑屏障的能力与他们在人体组织模型中看到的非常相似。

他们还表明，携带顺铂的涂层纳米颗粒可以减缓小鼠肿瘤的生长，但效果不如他们在组织模型中看到的那么强。研究人员说，这可能是因为肿瘤处于更晚期阶段。他们现在希望测试由各种纳米颗粒携带的其他药物，看看哪种药物可能具有最大的效果。他们还计划使用他们的方法来模拟其他类型的脑肿瘤。

“这是一个我们可以用来设计更有效纳米粒子的模型，”Straehla 说。“我们只测试了一种类型的脑肿瘤，但我们真的想扩大和测试很多其他类型的肿瘤，尤其是难以研究的罕见肿瘤，因为可用的样本可能不多。”

研究人员在最近的Nature Protocols论文中描述了他们用于创建脑组织模型的方法，以便其他实验室也可以使用它。