纳米技术和数学为癌症治疗抵抗提供双向撞击

数学，生物学和纳米技术正在变得奇怪，但有效的床头研究员在抗击癌症治疗抵抗力。滑铁卢大学和哈佛医学院的研究人员为癌症治疗设计了一种革命性的新方法，使药物的致死组合成单个纳米粒子。

他们的工作，2016年6月3日在线发布在线纳米技术杂志ACS纳米他发现了一种新的方法，通过在同一细胞内同时激活两种药物，来缩小肿瘤并防止侵袭性癌症的耐药性。

每年都有成千上万的病人死于复发的癌症，这些癌症对治疗产生了抗药性，这导致了人类尚未解决的最大挑战之一癌症治疗。通过跟踪个人的命运癌症细胞在化疗的压力下，哈佛医学院(Harvard Medical School)的生物学家和生物工程师研究了一种信号网络和分子途径，这种网络使得细胞在治疗过程中产生耐药性。

滑铁卢大学的Mohammad Kohandel教授领导的应用数学家团队利用这些信息，开发了一个数学模型，该模型结合了定义癌细胞在被抗癌药剂攻击时的表型细胞状态转变的算法。数学模拟使他们能够定义精确的分子行为和信号通路，从而使癌细胞在治疗过程中存活下来。

他们发现，在癌症中通常过度激活的PI3K / AKT激酶使得当用紫杉烷的细胞毒性化学疗法加压时，细胞能够经历电阻程序，其通常用于治疗侵袭性乳腺癌。这种革命性窗口进入细胞的寿命揭示了存在对小分子PI3K / AKT激酶抑制剂的脆弱性，并且如果它们以正确的序列用其他药物的组合施用，则可以靶向。

以前的耐药性理论都是基于这样的假设，即只有特定的“特权”细胞才能克服治疗。数学模拟表明，在适当的条件和信号事件下，任何细胞都可以发展出抗性程序。

“最近我们才开始欣赏数学和物理学是如何了解癌症的生物学和演化，”Kohandel教授说。“事实上，现在有这些学科之间的协同作用，我们开始欣赏这些信息的重要性如何创建正确的食谱来治疗癌症。”

尽管先前的研究探索了联合用药治疗癌症，但这种“一拳两拳”的方法并不总是成功的。在新的研究中,亚伦教授为首的高盛,教员分部的工程在布莱根妇女医院的医学,科学家们意识到一个很大的缺点这两种药物的联合治疗的方法是需要积极位于相同的单元中,当前的交付方法不能保证的东西。

“我们受到了数学上的启发，即癌细胞以一种非常特定的顺序和时间敏感的方式重新连接耐药性机制，”戈德曼教授说。“通过开发一种二分之一的纳米药物，我们可以确保获得这种新的耐药性的细胞看到致命的药物组合，关闭生存程序，消除耐药性的证据。”这种方法可以重新定义临床医生在临床中如何使用药物组合。”

生物工程师们采用的方法是，在计算机模型的启发下，利用一种被称为超分子化学的技术，建造一个单一的纳米粒子。这种纳米技术使科学家能够将“tetris类似”的积木组装成胆固醇链药物，将多种药物整合成稳定的、单独的纳米载体，通过渗漏的血管靶向肿瘤。这种二合一的策略确保了对治疗的耐药性永远不会产生，将正确的配方结合在一起来摧毁存活的癌细胞。

使用雄乳乳房的鼠标模型癌症，科学家们证实了数学模型的预测，即这两种药物必须确定性地传递到同一细胞。

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