研究人员开发了一种制造技术,快速生成大量涂覆有药物输送聚合物的纳米颗粒,这对癌症治疗具有巨大潜力。这些颗粒可以直接靶向肿瘤,在释放其负载的同时避免了许多传统化疗的副作用。
涂覆有治疗药物的聚合物纳米颗粒在癌症治疗中表现出显著的潜力,包括卵巢癌。这些颗粒可以直接靶向肿瘤,在释放其负载的同时避免了许多传统化疗的副作用。
在过去的十年中,麻省理工学院的教授Paula Hammond及其学生利用一种称为层层组装的技术创建了各种此类颗粒。他们已经证明,这些颗粒在小鼠研究中能够有效对抗癌症。
为了将这些纳米颗粒更接近于人类使用,研究人员现在提出了一种制造技术,允许他们在很短的时间内生成更大数量的颗粒。
“我们开发的纳米颗粒系统非常有前景,我们最近看到在动物模型中进行卵巢癌治疗的成功让我们感到非常兴奋,”Hammond说,她还是麻省理工学院教职工副教务长及Koch综合癌症研究所的成员。“最终,我们需要能够将其提升到一个公司能够大规模生产的规模。”
Hammond和达瑞尔·欧文(Darrell Irvine),斯克里普斯研究所的免疫学和微生物学教授,是今天在《先进功能材料》上发表的新研究的高级作者。Ivan Pires博士’24,目前是布莱根和妇女医院的博士后以及Koch研究所的访问科学家和Ezra Gordon ’24是论文的主要作者。麻省理工学院的研究技术人员Heikyung Suh也参与了该研究。
简化的过程
十多年前,Hammond的实验室开发了一种新颖的技术,用于构建具有高度可控结构的纳米颗粒。这种方法允许将不同特性的层交替地涂覆在纳米颗粒的表面,分别暴露于带正电和带负电的聚合物上。
每一层都可以嵌入药物分子或其他治疗剂。这些层还可以携带靶向分子,帮助颗粒找到并进入癌细胞。
使用Hammond实验室最初开发的策略,一次施加一层, 在每次施加后,颗粒会经过离心步骤以去除任何多余的聚合物。研究人员表示,这一过程耗时较长,且难以扩展到大规模生产。
最近,Hammond实验室的一名研究生开发了一种替代的方法来纯化颗粒,称为切流过滤。然而,虽然这简化了过程,但仍因其制造复杂性和生产规模的限制而受到限制。
“尽管切流过滤的使用是有帮助的,但这仍然是一个小批量的过程,临床调查需要我们为大量患者提供许多剂量,”Hammond说。
为了创建更大规模的制造方法,研究人员使用了一种微流体混合设备,使他们能够在颗粒通过设备内的微通道时,逐层添加新的聚合物。对于每一层,研究人员可以准确计算出所需的聚合物数量,这消除了在每次添加后纯化颗粒的需要。
“这是非常重要的,因为分离是这类系统中最昂贵和最耗时的步骤,”Hammond说。
这一策略消除了手动混合聚合物的需要,简化了生产,并集成了符合良好生产规范(GMP)的流程。FDA的GMP要求确保产品符合安全标准,并可以以一致的方式生产,使用先前的逐步批处理过程将非常具有挑战性和成本高昂。研究人员在这项研究中使用的微流体设备已被用于其他类型纳米颗粒的GMP制造,包括mRNA疫苗。
“通过新方法,操作错误或事故的机会大大减少,”Pires说。“这是一个可以轻松地在GMP中实施的过程,这正是关键的一步。我们可以在层层纳米颗粒中创造创新,并快速以一种我们可以进行临床试验的方式生产它。”
大规模生产
采用这种方法,研究人员可以在几分钟内生成15毫克的纳米颗粒(约足够50剂量),而原来的技术则需要将近一个小时才能生成同样数量。研究人员表示,这可以使临床试验和患者使用产生的颗粒数量远远足够。
“要想通过这个系统进行扩展,您只需持续运行芯片,生产更多材料要容易得多,”Pires说。
为了演示他们的新生产技术,研究人员创建了涂覆有一种细胞因子——白细胞介素-12(IL-12)的纳米颗粒。Hammond的实验室之前已证明,通过层层纳米颗粒输送的IL-12能够激活关键的免疫细胞,并减缓小鼠的卵巢肿瘤生长。
在这项研究中,研究人员发现使用新技术制造的IL-12负载颗粒表现出与原始层层纳米颗粒相似的性能。并且,这些纳米颗粒不仅会结合癌组织,还显示出独特的能力不进入癌细胞。这使得这些纳米颗粒能够作为癌细胞上的标记,在肿瘤局部激活免疫系统。在卵巢癌的小鼠模型中,这种治疗可以导致肿瘤生长延迟甚至治愈。
研究人员已经就该技术申请了专利,并且现在与麻省理工学院的Deshpande技术创新中心合作,希望能够成立一家公司来商业化该技术。虽然他们最初专注于腹腔内癌症,如卵巢癌,但研究人员表示,这项工作也可以应用于其他类型的癌症,包括胶质母细胞瘤。
该研究得到了美国国立卫生研究院、马尔布尔纳米医学中心、Deshpande技术创新中心以及国家癌症研究所的Koch研究所支持(核心)拨款的资助。