(PhysOrg.com) -- Een team van onderzoekers in Californië en Massachusetts heeft een "cocktail" ontwikkeld van verschillende nanometergrote deeltjes die samenwerken in de bloedbaan om te lokaliseren, hechten aan en doden kankergezwellen.

"Deze studie is het eerste voorbeeld van de voordelen van het gebruik van een coöperatief nanosysteem om kanker te bestrijden, " zei Michael Zeeman, een professor in de chemie en biochemie aan de Universiteit van Californië, San Diego en de primaire auteur van een paper waarin de resultaten worden beschreven, die wordt gepubliceerd in een aanstaande uitgave van de Proceedings van de National Academy of Sciences . Een vroege online versie van de krant verscheen vorige week.

In hun studie hebben de UC San Diego-chemici, bio-ingenieurs aan het MIT en celbiologen aan de UC Santa Barbara hebben een systeem ontwikkeld met twee verschillende nanomaterialen ter grootte van slechts enkele nanometers, of duizend keer kleiner dan de diameter van een mensenhaar, die in de bloedbaan kan worden geïnjecteerd. Eén nanomateriaal is ontworpen om tumoren bij muizen te vinden en eraan te hechten, terwijl het tweede nanomateriaal werd gefabriceerd om die tumoren te doden.

Deze wetenschappers en anderen hadden eerder apparaten ter grootte van een nanometer ontworpen om zich aan zieke cellen te hechten of om medicijnen specifiek aan de zieke cellen af ​​te geven, terwijl ze gezonde cellen negeerden. Maar de functies van die apparaten, ontdekten de onderzoekers, vaak met elkaar in strijd.

"Bijvoorbeeld, een nanodeeltje dat is ontworpen om gedurende lange tijd door het lichaam van een kankerpatiënt te circuleren, heeft meer kans op een tumor, " zei Sangeeta Bhatia, een dokter, bio-ingenieur en een professor in gezondheidswetenschappen en technologie aan het Koch Institute for Integrative Cancer Research aan het MIT en een co-auteur van de studie. "Echter, dat nanodeeltje misschien niet aan tumorcellen kan blijven plakken als het ze eenmaal heeft gevonden. Hetzelfde, een deeltje dat is ontworpen om stevig aan tumoren te hechten, kan mogelijk niet lang genoeg in het lichaam circuleren om er in de eerste plaats een tegen te komen."

Wanneer een enkel medicijn niet werkt bij een patiënt, een arts zal gewoonlijk een cocktail toedienen die verschillende medicijnmoleculen bevat. Die strategie kan zeer effectief zijn bij de behandeling van kanker, waarbij de grondgedachte is om de ziekte op zoveel mogelijk fronten aan te pakken. Geneesmiddelen kunnen soms samenwerken op een enkel aspect van de ziekte, of ze kunnen afzonderlijke functies aanvallen. In elk geval, combinaties van geneesmiddelen kunnen een groter effect hebben dan elk afzonderlijk geneesmiddel.

Het behandelen van tumoren met nanodeeltjes was een uitdaging omdat immuuncellen, mononucleaire fagocyten genaamd, ze identificeren en uit de bloedsomloop halen, voorkomen dat de nanomaterialen hun doel bereiken.

Ji-Ho-park, een afgestudeerde student in Sailor's UC San Diego laboratorium, en Geoffrey von Maltzahn, een afgestudeerde student in Bhatia's MIT-laboratorium, leidde de inspanning om twee verschillende nanomaterialen te ontwikkelen die samen zouden werken om dat obstakel en andere te overwinnen. Het eerste deeltje is een gouden nanostaafje "activator" die zich ophoopt in tumoren door door zijn lekkende bloedvaten te sijpelen. De gouddeeltjes bedekken de hele tumor en gedragen zich als een antenne door anders goedaardige infrarood laserstraling te absorberen, die vervolgens de tumor opwarmt.

Nadat de nanostaafjes drie dagen in de bloedbaan van muizen met epitheliale tumoren hadden gecirculeerd, de onderzoekers gebruikten een zwakke laserstraal om de staafjes te verwarmen die aan de tumoren vastzaten. Hierdoor werden de tumoren gesensibiliseerd, en de onderzoekers stuurden toen een tweede type nanodeeltjes, samengesteld uit ijzeroxide-nanowormen of met doxorubicine beladen liposomen. Dit 'responder'-nanodeeltje was gecoat met een speciaal targetingmolecuul dat specifiek is voor de warmtebehandelde tumor. Veel van dat werk werd gedaan in het laboratorium van Erkki Ruoslahti, een celbioloog en professor aan het Burnham Institute for Medical Research aan de UC Santa Barbara, en een andere co-auteur van de studie.

"Zie ze als soldaten die een vijandelijke basis aanvallen, "zei Sailor. "De gouden nanostaafjes zijn de Special Forces, die als eerste binnenkomen om het doel te markeren. Dan vliegt de luchtmacht naar binnen om de lasergeleide bom af te leveren. De apparaten zijn ontworpen om nevenschade aan de rest van het lichaam te minimaliseren."

Terwijl één type nanodeeltje de detectie van de tumor verbetert, hij zei, de andere is ontworpen om de tumor te doden. De onderzoekers ontwierpen één type responderdeeltje met strengen ijzeroxide, die ze 'nanowormen' noemden, " die helder opduiken in een medische magnetische resonantie beeldvorming, of MRI, systeem. Het tweede type is een hol nanodeeltje geladen met het antikankergeneesmiddel doxorubicine. Met de drug-loaded responder, de wetenschappers toonden in hun experimenten aan dat een tumor die in een muis groeit, kan worden gestopt en vervolgens kan worden gekrompen. "De nanowormen zouden nuttig zijn om het medische team te helpen de grootte en vorm van een tumor bij een patiënt te identificeren vóór de operatie, terwijl de holle nanodeeltjes kunnen worden gebruikt om de tumor te doden zonder dat een operatie nodig is, " zei Zeeman.

"Deze studie is belangrijk omdat het het eerste voorbeeld is van een gecombineerde, tweedelig nanosysteem dat een aanhoudende vermindering van het tumorvolume bij levende dieren kan veroorzaken, " zei Zeeman.