Only Perception: 形狀也會影響新興奈米藥物的效力

2008-08-06

形狀也會影響新興奈米藥物的效力

Shape, not just size, impacts effectiveness of emerging nano medicine therapies
http://www.physorg.com/news137087667.html

August 04, 2008

在奈米科技萌發的領域中，科學家已經知道大小十分要緊。但現在，北卡羅來納大學 Chapel Hill 分校（UNC at Chapel Hill）的研究者證明形狀這方面甚至更重要 -- 這項發現能導致新的且更有效的方法來治療癌症與其他疾病，從糖尿病與多發性硬化症到關節炎與肥胖。

一個由 Joseph DeSimone, Ph.D.（Chancellor's Eminent 化學教授）以及 William R. Kenan, Jr.（北卡羅來納州立大學化工特聘教授）與 Stephanie Gratton（DeSimone 實驗室畢業生）所領導的研究團隊證明，以特定形狀、大小與表面化學設計的奈米粒子會被細胞攝入，而且依據這些屬性，在細胞內有不同地表現。他們的發現出現在本週 PNAS 期刊早期線上版。

利用奈米粒子來對抗癌症是一個引起許多研究者感興趣的領域。幾十年來，治療疾病大部分都涉及對病患注射有毒藥物 -- 在這樣的實踐中只有一小部份的藥物可抵達預期目標，在過程中殺死健康的細胞，並導致有害的副作用。

先前研究已證明，攜帶藥物的奈米粒子能瞄準並攻擊腫瘤，在部份是因為它們超小的尺寸 -- 不到 100 奈米 -- 那使它們能通過細胞膜。然而，到目前為止，現存技術意味著標靶藥物只能夠利用球形或顆粒形粒子來傳遞。

利用 PRINT(R)（Particle Replication in Non-wetting Templates，非潮溼模板中的顆粒複製）技術 -- 此技術在 DeSimone 的實驗室中被創造出來，讓科學家能夠設計並製造「訂做」奈米粒子 -- UNC 研究者以特殊形狀、大小與表面電荷製造奈米粒子。DeSimone 說，目標是要為了特定治療目標，最佳化粒子的屬性。

"這表示我們能遞送較低劑量的藥物到體內特定細胞與組織，而且事實上在癌症治療中會更加有效，" DeSimone 說，他也是 UNC Lineberger 綜合癌症中心的成員，同時也是 Carolina Center for Cancer Nanotechnology Excellence 的副首席研究者。

創造出不同尺寸的粒子，UNC 研究者每次只改變一種變量，而且以不同表面化學實驗。他們接著以人類子宮頸癌上皮細胞（HeLa cells）發展不同粒子，監測每一種類型，看看細胞吸收哪一種最有效率。

例如，科學家發現細胞內化（internalized）長長的、桿狀的粒子（直徑 150 奈米；高度 450 奈米）比其他長寬比（aspect ratio）較低的粒子約快上 4 倍，而且顯然更能深入細胞內部。

Gratton 注意到同樣的現象也能在天然生物中發現。

"細菌的長桿形結構也許協助解釋，為何高長寬比的 PRINT(R) 粒子的內化能比低長寬比粒子更迅速且有效，" 她說。"我們若能依天性上為細菌所偏愛的同樣機制來設計粒子，我們也許能解開更有效傳遞療法的關鍵，且能有效地治療並治癒疾病。"

Liquidia Technologies，UNC 衍生（spin-off）公司，擁有 PRINT(R) 技術的專屬授權，而且為了遞送核酸與小分子療法，正開發改造過的奈米粒子。Liquidia 亦贊助 DeSimone 實驗室當中的研究。這家公司的 CEO，Neal Fowler，表示，該研究的發現能證明對生物製藥產業的重要性。

※ 相關報導：

＊ The effect of particle design on cellular internalization pathways
http://www.pnas.org/content/105/33/11613.abstract

Stephanie E. A. Gratton, Patricia A. Ropp,
Patrick D. Pohlhaus, J. Christopher Luft, Victoria J. Madden,
Mary E. Napier, and Joseph M. DeSimone
PNAS August 19, 2008 vol. 105 no. 33 11613-11618
doi: 10.1073/pnas.0801763105