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当装载了化疗药物阿霉素的“松散”纳米颗粒被输送到肺上游的血流中时，几乎没有沉积到组织中(左)，但是将纳米颗粒附着到血细胞上会导致药物沉积(粉红色)。肺(右)。图片来源：哈佛大​​学怀斯研究所(Wyss Institute)，化学疗法一直是癌症治疗的骨干力量，但以其对健康细胞的毒性，严重的副作用以及对预期肿瘤的靶向性差而臭名昭著。改善化学疗法的功效和耐受性的努力包括将药物包装到纳米颗粒中，这可以防止药物在体内降解，控制其释放模式，并使患者免受某些药物的副作用。然而，到目前为止，即使纳米粒子被设计成与特定组织结合的表面蛋白，也未能在目标部位显示出明显的积累，这在很大程度上是因为它们被肝脏和脾脏迅速从血液中清除了。
现在，哈佛大学怀斯生物启发工程研究所和约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)共同开发了一种称为ELeCt(利用红细胞的化学疗法)的新技术，旨在利用古老的特洛伊木马技巧解决这些问题。通过将载有药物的纳米颗粒安装到人体自身的红细胞(红细胞)上，将其纳米颗粒走私到癌性肺组织中。当红细胞紧紧地穿过肺的微小毛细血管时，纳米颗粒被剪切掉并被肺细胞吸收，其成功率比自由浮动的纳米颗粒高十倍，并显着提高了患有肺癌转移的小鼠的存活率。该研究在《科学进展》上有报道。
共同第一作者赵宗敏博士说：“由于毛细血管数量众多，晚期癌症患者中有30-55%会转移到肺部，目前尚无治疗方法。” Wyss Institute和SEAS的Samir Mitragotri实验室的博士后研究员。 “ ELeCt可以利用相同的血管来有效地输送对抗肺转移的药物，并且有很强的潜力开发为临床治疗药物。”
为了创建ELeCt系统，Zhao和他的合作者将阿霉素(一种常见的癌症化疗药物)装载到了由可生物降解的聚合物PLGA组成的微小纳米颗粒中。然后，他们将纳米颗粒与小鼠和人类红细胞一起孵育，发现它们可以高效结合至细胞表面，而不会损坏它们，从而可以调整红细胞携带的药物剂量，以适应​​不同的所需剂量。
接下来，研究小组在体外对与红细胞结合的纳米颗粒施加了与肺相对应的剪切应力，以模拟红细胞在挤压穿过肺毛细血管时遇到的条件，并观察到超过75%的纳米颗粒被从小鼠和人类细胞上剪切掉。然后，他们将载有ELeCt构建体的小鼠红细胞注射到已经转移到肺部的黑色素瘤活体小鼠的静脉中，发现20分钟后，与接受游离纳米粒子的小鼠相比，肺中的药物含量高出16倍。沉积的纳米颗粒的很大一部分深入到转移性肿瘤中，这表明这种药物递送方法比现有方法更为精确和有效。
共同第一作者，研究生的第一作者安瓦·乌基德夫(Anvay Ukidve)说：“阿霉素对人体的最严重的副作用是心脏毒性，根据我们的实验，ELeCt可以确保更多的药物最终进入肺部而非心脏。”在SEAS的Mitragotri实验室中。 “这项进展可以显着减少癌症患者接受这种药物的危险，并提高其对肺部肿瘤的有效性。”
为了证实怀疑，研究小组监测了接受ELeCt的小鼠和接受游离纳米颗粒的早期疾病小鼠肺部的转移程度，并观察到所有接受ELeCt的小鼠几乎完全被抑制了转移历时23天，比注射纳米颗粒的小鼠的状态好300倍。 ELeCt还可以使治疗小鼠的存活期延长32天，而用游离纳米颗粒治疗的小鼠仅存活3天以上。当他们对患有晚期疾病的小鼠重复实验时，使用ELeCt将其存活期延长了9天，而游离的纳米颗粒则没有产生存活益处。
此外，用ELeCt治疗的所有小鼠均保持健康的体重，而接受免费药物注射的小鼠则体重明显减轻，这表明ELeCt还可减轻阿霉素的副作用。研究人员还证明，其他化疗药物也可以装载到纳米颗粒中并与红细胞结合，包括紫杉醇，多西他赛，甲氨蝶呤，以及5-氟尿嘧啶和甲氨蝶呤的组合。
“我们的ELeCt系统同时提供解决当前化学疗法困扰的许多问题的解决方案，包括毒性副作用，高剂量，对目标组织的低渗透率，从体内快速清除以及药物从纳米颗粒中过早释放， “相应的作者Mitragotri说，他是Wyss研究所的核心教员，SEAS的Hiller生物工程教授和HansjörgWyss生物启发工程教授。
进一步的研究将试图弄清纳米颗粒与红细胞的结合机制，以便可以调节去除纳米颗粒所需的剪切量(从而调节所递送的药物的剂量)。该团队还计划确定理想的给药方案，以最大程度地抑制转移以及ELeCt治疗源自患者的肺转移的能力，这是将ELeCt平台转化为治疗癌症的临床工具的关键一步。
“这项技术在提高现有癌症化学疗法的功效和降低毒性方面可能代表着巨大的进步。这也是利用生物(在这种情况下，细胞)传递系统的优势可以实现医学突破的一个很好的例子。 Wyss研究所创始理事Donald Ingber博士说，他也是哈佛医学院医学院的犹大Folkman教授，也是波士顿儿童医院的血管生物学计划的创始人。医院，SEAS生物工程教授。