RIKEN-chemici hebben een goud-nanoclustersysteem gedemonstreerd dat twee componenten van een medicijn in een gecontroleerde verhouding vervoert voor een maximaal kankerceldodend effect. Het actieve medicijn blijft veilig gemaskeerd totdat rood licht de afgifte ervan activeert, waardoor bijkomende schade aan gezonde cellen in de buurt van de tumor wordt geminimaliseerd. Het onderzoek is gepubliceerd in Chemical Science .

Een veelbelovende manier om kanker te behandelen is door licht te gebruiken om kankermedicijnen in tumoren in het lichaam te activeren, zegt Kenji Watanabe van het RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research. Dit zou ongewenste bijwerkingen moeten verminderen, omdat het licht alleen op de tumor schijnt, waardoor gezonde cellen in de omgeving worden gespaard.

Watanabe en zijn collega's hebben potentiële geneesmiddelen tegen kanker ontwikkeld, gemaskeerd door chemische groepen die indolizines worden genoemd. Bij blootstelling aan rood licht in de aanwezigheid van een tweede molecuul, een fotosensibilisator, wordt het indolizine afgebroken en komt het actieve medicijn vrij.

Toen het team het concept echter voor het eerst in cellen testte, maakten de relatief lage concentraties van de indolizine- en fotosensitizercomponenten in elke cel het moeilijk om de afgifte van het medicijn efficiënt op gang te brengen met behulp van licht.

“We zochten daarom naar een draagsysteem om deze twee componenten bij elkaar te brengen”, zegt Watanabe. "Dat bracht ons ertoe gouden nanoclusters te onderzoeken."

Het team was van plan speciale chemische verbindingsgroepen te gebruiken om de indolizine- en fotosensibiliserende componenten aan de oppervlakken van de gouden nanoclusters te hechten.

Ze moesten echter twee uitdagingen overwinnen. Conventionele synthesemethoden genereren gouden nanoclusters met een ongecontroleerd mengsel van de twee verbindende groepen over hun oppervlak, waardoor de verhouding van de twee componenten die ze dragen scheeftrekt. Het gaat ook om relatief zware omstandigheden die schadelijk kunnen zijn voor een van de verbindende groepen.

Het team overwon beide uitdagingen door de twee chemische verbindingsgroepen in één enkele chemische entiteit te combineren en vervolgens een milde methode te ontwikkelen om deze aan de oppervlakken van gouden nanoclusters te hechten. "Deze strategie stelde ons in staat een uniforme verdeling van beide verbindende groepen op het deeltjesoppervlak te realiseren", zegt Watanabe.

Nadat het met indolizine gemaskeerde kankerbestrijdende medicijn en de fotosensitizer waren vastgemaakt, vertoonden de resulterende gouden nanoclusters een verwaarloosbare toxiciteit voor cellen in het donker. "Maar bij bestraling met rood licht vertoonde de nanocluster een aanzienlijke toxiciteit tegen kankercellen", zegt Watanabe.

"Dit werk biedt een veelbelovende basis voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën tegen kanker", voegt hij eraan toe.

Het team is van plan het multifunctionele karakter van de gouden nanoclusters uit te breiden door targetinggroepen toe te voegen die zich selectief binden aan kankercellen, waardoor de opname van nanoclusters in de tumor wordt gestimuleerd en de opname en de bijbehorende bijwerkingen in gezonde cellen worden geminimaliseerd.

Meer informatie: Kenji Watanabe et al, Klikbare bisreactieve kleine gouden nanoclusters voor het bereiden van multifunctionele nanomaterialen:toepassing op foto-uncaging van een antikankermolecuul, Chemische Wetenschap (2023). DOI:10.1039/D3SC04365G

Journaalinformatie: Chemische Wetenschap

Aangeboden door RIKEN