纳米技术和数学在癌症治疗耐药性方面发挥了二合一的作用

数学、生物学和纳米技术正变得越来越奇怪，但在对抗癌症治疗耐药性方面，它们是有效的伙伴。滑铁卢大学(University of Waterloo)和哈佛医学院(Harvard Medical School)的研究人员设计了一种革命性的癌症治疗新方法，将致命的药物组合组合成一个纳米颗粒。

他们的工作于2016年6月3日在线发表在领先的纳米技术杂志上ACS Nano他发现了一种通过在同一细胞内同时激活两种药物来缩小肿瘤并防止恶性癌症耐药的新方法。

每年都有成千上万的患者死于对治疗产生耐药性的复发性癌症，这是癌症治疗中最大的未解决的挑战之一癌症治疗．通过追踪个体的命运癌症细胞在化疗的压力下，哈佛医学院的生物学家和生物工程师研究了一个信号网络和分子途径，使细胞在治疗过程中产生耐药性。

利用这些信息，滑铁卢大学Mohammad Kohandel教授领导的应用数学家团队开发了一个数学模型，该模型结合了算法，可以在抗癌剂攻击时实时定义癌细胞的表型细胞状态转变。数学模拟使他们能够定义准确的分子行为和信号通路，使癌细胞随着时间的推移在治疗中存活下来。

他们发现，PI3K/AKT激酶在癌症中经常被过度激活，当被称为紫杉烷的细胞毒性化疗(紫杉烷通常用于治疗侵袭性乳腺癌)压迫时，细胞会经历抵抗程序。这一革命性的细胞生命窗口揭示了小分子PI3K/AKT激酶抑制剂存在的脆弱性，如果它们与其他药物组合以正确的顺序应用，则可以被靶向。

以前的耐药性理论依赖于这样一个假设，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抵抗程序。

Kohandel教授说:“直到最近，我们才开始意识到数学和物理学对于理解癌症的生物学和进化是多么重要。”“事实上，现在这些学科之间的协同作用越来越大，我们开始意识到这些信息对于创造治疗癌症的正确食谱是多么重要。”

尽管之前的研究探索了联合用药治疗癌症的方法，但组合拳并不总是成功的。在这项新研究中，由布里格姆妇女医院医学工程部门的教员亚伦·戈德曼教授领导，科学家们意识到联合治疗方法的一个主要缺点是两种药物需要在同一个细胞中起作用，这是目前的递送方法无法保证的。

高德曼教授说:“我们的灵感来自于数学上的理解，即癌细胞以非常特定的顺序和时间敏感的方式重新连接耐药机制。”“通过开发二合一纳米药物，我们可以确保获得这种新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如何在临床中提供药物组合。”

生物工程师们采用的方法是，受计算机模型的启发，利用一种被称为超分子化学的技术，构建一个单一的纳米颗粒。这种纳米技术使科学家能够将自组装的“tetrtetrs -like”积木组装成胆固醇栓系药物，将多种药物合并成稳定的、单独的纳米载具，通过渗漏的血管靶向肿瘤。这种二合一策略确保了对治疗的耐药性永远没有机会发展，汇集了摧毁存活癌细胞的正确配方。

使用侵略性乳房的小鼠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地传递到同一个细胞。