Tilbake til søkeresultatene

FRIMED2-FRIPRO forskerprosjekt, medisin og helse

Development of nanoparticle drug carriers against tuberculosis in zebrafish via control of the vasculature.

Alternativ tittel: Utvikling av nanopartikler som bærere av medikamenter mot tuberkulose i Sebrafisk via blodstrømmen.

Tildelt: kr 10,0 mill.

Vår gruppe har fokusert på å utvikle nanopartikler for medisin administrering mot tuberkulose og kreft, på veien mot dette målet introduserte vi i 2010 den transparente sebrafisk embryoet som en modell organisme i nanopartikkel (NP) feltet. Per nå er standard praksis å karakterisere NP in vitro og i celle kultur, dette muliggjør å plukke ut lovende NP for videre testing i mus, den mest populære prekliniske dyremodellen. Siden mus er opake er det ikke mulig å visualisere, i detalj, fluoriserende NP i levende dyr. Dette står i sterk kontrast til hva som er tilfellet i sebrafisk embryoer, her kan NP og individuelle celler bli sett i høy oppløsning i levende dyr; derfor skrider dette frem som et ideelt test system for å sortere og karakterisere ulike NP for deretter å selektere lovende kandidater for videre testing i mus, som fortsatt er den mest brukte prekliniske modellen før kliniske studier. Vi har etablert to ulike sykdoms modeller i sebrafisk embryoet. I den første injiserer vi fiske tuberkulose (TB) bakterier (fluoriserende Mycobacterium marinum) som blir tatt opp av makrofager som igjen danner celle aggregater, kalt granulomaer, som i fisk, og i mennesker med TB er hvor majoriteten av patogene bakterier akkumulerer. I den andre modellen injiserer vi fluoriserende kreft celler fra mus i sebrafisk embryoet; som multiplisere i antall, vokser i omfang og utvikler en tumor. Visuelt er TB granulomaer og tumorer meget like strukturer og dette er i overenstemmelse med andre publikasjoner som argumenterer for at de også er funksjonelt like. Hva som er åpenbart i de to sebrafisk modellene er at begge strukturene stimulerer til vekst av nye blodårer i og rundt infeksjonsstedet, dette er lett å visualisere i fisk med fluoriserende sirkulasjonssystem. Denne likheten ble aldri oppdaget i løpet av 70 år med studier av TB og kreft i mus. I prinsippet åpner denne oppdagelsen for at flere generasjoner med kreftforskning potensielt er relevant for utvikling og behandling av TB, og visa versa. Vi forsøker nå aktivt å forstå det essensielle spørsmålet i begge sykdommene: Hvordan kan NP, ladet med medisin, forlate sirkulasjons systemet etter å ha blitt injisert. Den dominerende hypotesen, innen kreft forskning siden 1986, er at partiklene utnytter det faktum at endotelcellene som utgjør blodårene mister sin integritet når de er nær en tumor, og derfor tilrettelegger for NP diffusjon og flukt fra sirkulasjonssystemet. Denne mekanismen blir kalt «Enhanced Permeability and Retention (EPR) effect». I tidligere publikasjoner har vi rapportert at lignende mekanismer er gjeldende i både kreft og TB systemer, ytterlig bevis for likhetene mellom de to sykdommene. Tilgang til topp kvalitet mikroskoper på vårt institutt har vist at hva vi tidligere trodde var en gradvis lekkasje av NP fra sirkulasjonssystemet til infeksjonsstedet faktisk er eksplosjoner av fluorescens, i dramatiske hendelser vi kaller «flashes».Nærmere undersøkelser har vist at to typer blodceller, makrofager og nøytrofiler, passerer gjennom endotelcellene sammen med NP «flashes». Vi ser nå nærmere på dette overraskende resultatet ved hjelp av elektronmikroskopi

Nanoparticle (NP) drug therapy is a highly promising therapeutic approach for diseases such as cancer, and tuberculosis (TB), that is caused by Mycobacterium tuberculosis. Using NP the drug packet can be targeted to the disease site and released locally in a sustained manner, thereby reducing adverse effects associated with free drug systemic therapy. Development of NP is the focus of hundreds of research groups worldwide. The routine strategy is to fabricate NP-enclosing drugs or fluorescent dyes and to screen these in cultured cells before testing them in mouse models. A serious limitation of the latter is the difficulty in imaging the NP at high resolution in live animals. For this reason, we developed zebrafish embryos as models for visualising NP in the context of TB, and human cancer models. The transparency of this system allows high resolution in vivo imaging, not only of fluorescent NP and bacteria (TB), or cancer cells, but also of selectively labelled host cells, such as macrophages, erythrocytes or endothelial cells. We have provided proof of principle that NP-encapsulated rifampicin is very effective against TB mycobacteria in the zebrafish. There, as in humans, both TB (granulomas) and cancer (tumors) share an organised, multi-cellular organisation of disease tissues that are nurtured by a dynamic network of blood vessels. Evidence argues that this vasculature in and around tumours and granulomas can be manipulated by drugs that block blood vessel development (angiogenesis) in order to both improve therapy directly and to enhance NP access. The goal of this proposal is: 1. To collaborate with four chemists, one making novel drugs against TB and three other experts in NP fabrication to develop new generation anti TB-NP. 2. To manipulate the zebrafish vasculature to enhance access of NP to the TB granulomas. This part will be facilitated by collaboration with computational experts who will model blood flow and NP dynamics.

Aktivitet:

FRIMED2-FRIPRO forskerprosjekt, medisin og helse

Finansieringskilder