Kohdennetut nanopartikkelit ja isotooppikuvantaminen syövän hoidossa

Syövän diagnostiikassa ja hoidossa nanopartikkelit voivat toimia kuljetinaineina lääke- ja diagnostisille aineille tai nukleiinihappojaksoille. Kantaja-aineeseen voidaan liittää kohdennusmolekyylejä partikkelien passiivista tai aktiivista kohdennusta varten tai radioleima kuvantamista tai radioterapiaa varten. Kantaja-aineiden avulla voidaan parantaa lääkeaineen fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia ja biologista hyötyosuutta, vähentää systeemisiä sivuvaikutuksia, pidentää lääkeaineen puoliintumisaikaa ja siten harventaa annosteluväliä, sekä parantaa lääkeaineen pääsyä kohdekudokseen. Näin voidaan parantaa kemo- ja radioterapian tehoa ja hoidon onnistumisen todennäköisyyttä. Kirjallisuuskatsauksessa perehdytään nanokantajien rooliin syövän hoidossa. Vuosikymmeniä jatkuneesta tutkimuksesta huolimatta vain kaksi (Eurooppa) tai kolme (Yhdysvallat) nanopartikkeliformulaatiota on hyväksytty markkinoille syövän hoidossa. Ongelmina ovat riittämätön hakeutuminen kohdekudokseen, immunogeenisyys ja nanopartikkelien labiilius. Kokeellisessa osassa tutkitaan in vitro ja hiirillä in vivo 99mTc-leimattujen, PEG-verhoiltujen biotiiniliposomien kaksivaiheista kohdennusta ihmisen munasarjan adenokarsinoomasoluihin. Kohdentamiseen käytetään biotinyloitua setuksimabi-(Erbitux®) vasta-ainetta, joka sitoutuu solujen yli-ilmentämiin EGF-reseptoreihin. Kaksivaiheista kohdennusta verrataan suoraan ja/tai passiiviseen kohdennukseen. Tehokkaampien kuvantamismenetelmien kehitys on vauhdittanut kohdennettujen nanopartikkelien tutkimusta. Isotooppikuvantamista käyttäen pystytään seuraamaan radioleiman jakautumista elimistössä ja kuvantamaan solutasolla tapahtuvia ilmiöitä. Kirjallisuuskatsauksessa perehdytään SPECT- ja PET-kuvantamiseen syövän hoidossa, sekä niiden hyödyntämiseen lääkekehityksessä nanopartikkelien kuvantamisessa. Kyseiset kuvantamismenetelmät erottuvat muista menetelmistä korkean erotuskyvyn, herkkyyden ja helppokäyttöisyyden suhteen. Kokeellisessa osassa 99mTc-leimattujen liposomien distribuutiota hiirissä tutkittiin SPECT-CT-laitteen avulla. Aktiivisuus kasvaimessa, pernassa ja maksassa kvantifioitiin InVivoScope-ohjelman ja gammalaskijan avulla. Tuloksia verrattiin keskenään. In vitro-kokeessa saavutettiin kaksivaiheisella kohdennuksella 2,7- 3,5-kertainen (solulinjasta riippuen) hakeutuminen soluihin kontrolliliposomeihin verrattuna. Kuitenkin suora kohdennus toimi kaksivaiheista kohdennusta paremmin in vitro. In vivo –kokeissa liposomit jakautuivat kasvaimeen tehokkaammin i.p.-annosteltuna kuin i.v.-annosteltuna. Kaksivaiheisella kohdennuksella saavutettiin 1,24-kertainen jakautuminen kasvaimeen (% ID/g kudosta) passiivisesti kohdennettuihin liposomeihin verrattuna. %ID/elin oli kohdennetuilla liposomeilla 5,9 % ja passiivisesti kohdennetuilla 5,4%. Todellinen ero oli siis pieni. InVivoScope:n ja gammalaskijan tulokset eivät korreloineet keskenään. Lisätutkimuksia ja menetelmän optimointia vaaditaan liposomien kohdennuksessa kasvaimeen.

Upkonvertoivien nanopartikkelien luminesenssin herkistäminen orgaanisten kromoforien avulla

Upkonvertoivat nanopartikkelit (engl. upconverting nanoparticles, UCNP) ovat lantanidi-ioneja sisältäviä epäorgaanisia leimoja, jotka kykenevät muuntamaan matalaenergisen 980 nm viritysvalon korkeaenergiseksi näkyväksi valoksi. Tämän ominaisuuden avulla mittausalue voidaan erottaa taustahäiriötä aiheuttavasta autofluoresenssista. Lantanidi-ionit kuitenkin absorboivat viritysvaloa heikosti. Partikkelien luminesenssia voidaan parantaa absorboivien ionien määrää lisäämällä, mutta se kasvattaa partikkelin kokoa. Viritysvalon absorptiota voidaan mahdollisesti parantaa kiinnittämällä partikkelien pintaan 808 nm aallonpituudella virittyviä upkonversion luminesenssin herkistimenä toimivia orgaanisia kromoforeja. Kromoforit toimivat valoa tehokkaasti keräävinä antennirakenteina ja virittävät UCNP:n energiansiirron kautta mahdollistaen UCNP:n luminesenssin tehostumisen. Diplomityössä tutkittiin erilaisia tapoja pinnoittaa nanopartikkeli siten, että kromofori voitiin kiinnittää siihen pysyvästi. Tavoitteina olivat myös pinnoitetun partikkelin vesiliukoisuus sekä samanaikaisesti sen suojaaminen veden aiheuttamalta luminesenssin sammuttavalta vaikutukselta. UCNP:n emissio mitattiin spektrofluorometrillä käyttäen 808 nm ja 968 nm lähi-infrapunalasereita virityslähteinä. Työssä kehitettiin kaksi pinnoitusmenetelmää, jotka mahdollistivat partikkelin virittämisen kromoforin kautta 808 nm aallonpituudella. UCNP pinnoitettiin polyakryylihapolla (PAA) tai poly(maleiinianhydridi-alt-1-oktadekaani):lla (PMAO), johon kromofori kiinnitettiin adsorptiolla. Molemmilla menetelmillä valmistettujen partikkelien emissiospektri oli selkeästi mitattavissa. Partikkelien luminesenssi 808 nm viritysaallonpituudella ei kuitenkaan tehostunut verrattuna viritykseen 968 nm laserilla. PMAO-pinnoituksella 808 nm laserilla viritettäessä mitattu signaali oli 2,7 kertaa heikompi ja PAA-pinnoitetun UCNP:n emissio noin 22 kertaa heikompi. Molemmilla menetelmillä valmistetut partikkelit olivat kolloidaalisia vesiliuoksessa, mutta kromoforien avulla herkistetty upkonversio toimi vain käyttämällä liuottimena raskasta vettä.