Klein, met melanine bedekte nanodeeltjes kunnen het beenmerg beschermen tegen de schadelijke effecten van bestralingstherapie, volgens wetenschappers van het Albert Einstein College of Medicine van Yeshiva University die de strategie met succes in muismodellen hebben getest. Het inbrengen van deze deeltjes in menselijke patiënten kan in de toekomst veelbelovend zijn. Het onderzoek wordt beschreven in het huidige nummer van de International Journal of Radiation Oncology, Biologie en natuurkunde .

Bestralingstherapie wordt gebruikt om kankercellen te doden en tumoren te verkleinen. Maar omdat straling ook normale cellen beschadigt, artsen moeten de dosis beperken. melanine, het natuurlijk voorkomende pigment dat huid en haar zijn kleur geeft, helpt de huid te beschermen tegen de schadelijke effecten van zonlicht en het is aangetoond dat het beschermt tegen straling.

"Een techniek om normale cellen te beschermen tegen stralingsschade zou artsen in staat stellen hogere doses straling toe te dienen aan tumoren, de behandeling effectiever te maken, " zei Ekaterina Dadachova, doctoraat, universitair hoofddocent nucleaire geneeskunde en microbiologie en immunologie en de Sylvia en Robert S. Olnick Faculty Scholar in Cancer Research bij Einstein, evenals senior auteur van de studie.

In eerder gepubliceerd onderzoek Dr. Dadachova en collega's toonden aan dat melanine beschermt tegen straling door de vorming van vrije radicalen te helpen voorkomen, die DNA-schade veroorzaken, en door de vrije radicalen die zich vormen op te ruimen.

"We wilden een manier bedenken om beschermende melanine aan het beenmerg te geven, " zei Dr. Dadachova. "Daar wordt bloed gevormd, en de beenmergstamcellen die bloedcellen produceren, zijn extreem gevoelig voor de schadelijke effecten van straling."

Dr. Dadachova en haar collega's concentreerden zich op het verpakken van melanine in deeltjes die zo klein zijn dat ze niet vast komen te zitten in de longen, lever of milt. Ze creëerden "melanine-nanodeeltjes" door kleine (20 nanometer in diameter) silica (zand) deeltjes te coaten met verschillende lagen melaninepigment die ze in hun laboratorium synthetiseerden.

De onderzoekers ontdekten dat deze deeltjes zich met succes in het beenmerg nestelden nadat ze in muizen waren geïnjecteerd. Vervolgens, in een reeks experimenten, ze onderzochten of hun nanodeeltjes het beenmerg zouden beschermen van muizen die werden behandeld met twee soorten straling.

In het eerste experiment, een groep muizen werd geïnjecteerd met nanodeeltjes en een tweede groep niet. Drie uur later, beide groepen werden blootgesteld aan straling van het hele lichaam. Voor de komende 30 dagen, de onderzoekers volgden het bloed van de muizen, op zoek zijn naar tekenen van beenmergbeschadiging, zoals een verminderd aantal witte bloedcellen en bloedplaatjes.

In vergelijking met de controlegroep, degenen die melanine-nanodeeltjes ontvingen vóór blootstelling aan straling deden het veel beter; hun niveaus van witte bloedcellen en bloedplaatjes daalden veel minder snel. Tien dagen na bestraling, bijvoorbeeld, het aantal bloedplaatjes was met slechts 10 procent gedaald bij muizen die nanodeeltjes hadden gekregen, vergeleken met een afname van 60 procent bij onbehandelde muizen. Verder, niveaus van witte bloedcellen en bloedplaatjes veel sneller weer normaal dan bij de controlemuizen.

Een tweede experiment evalueerde niet alleen beenmergbescherming, maar ook of de nanodeeltjes het ongewenste effect zouden kunnen hebben dat ze tumoren infiltreren en beschermen die het doelwit zijn van straling. Twee groepen muizen werden geïnjecteerd met melanoomcellen die melanoomtumoren vormden. Nadat een groep muizen was geïnjecteerd met melanine nanodeeltjes, beide groepen kregen een experimentele bestralingsbehandeling, speciaal ontworpen door Dr. Dadachova en haar collega's voor de behandeling van melanoom.

Deze behandeling maakt gebruik van een stralings-emitterende isotoop die wordt "gepiggybackd" op een antilichaam dat zich bindt aan melanine. Wanneer het in de bloedbaan wordt geïnjecteerd, de antilichamen hechten zich vast aan de vrije melaninedeeltjes die worden afgegeven door cellen in melanoomtumoren. Hun isotopen zenden vervolgens straling uit die nabijgelegen melanoomtumorcellen doodt.

Na het tweede experiment, de melanoomtumoren slonken significant en in dezelfde mate in beide groepen muizen - wat aangeeft dat de gemelaniseerde nanodeeltjes de effectiviteit van de bestralingstherapie niet verstoorden. En nog een keer, de gemelaniseerde nanodeeltjes voorkwamen door straling veroorzaakte beenmergbeschadiging:tussen de derde en de zevende dag nadat de antilichaam-isotoop bestralingstherapie was toegediend, muizen die met nanodeeltjes waren geïnjecteerd, ondervonden een daling van het aantal witte bloedcellen die aanzienlijk minder was dan bij muizen die niet waren voorbehandeld met nanodeeltjes.

"Het vermogen om het beenmerg te beschermen, zal artsen in staat stellen om uitgebreidere kankerdodende bestralingstherapieën te gebruiken en dit zal zich hopelijk vertalen in hogere tumorresponspercentages, " zei Arturo Casadevall, MD, doctoraat, hoogleraar geneeskunde en microbiologie &immunologie, de Leo en Julia Forchheimer leerstoel in microbiologie en immunologie, en een co-auteur van de studie.

Sommige nanodeeltjes konden 24 uur na hun injectie nog steeds in het beenmerg worden gevonden, wat geen probleem zou moeten zijn. "Omdat de nanodeeltjes snel worden verwijderd door fagocytische cellen, het is onwaarschijnlijk dat ze het beenmerg beschadigen, " zei Dr. Dadachova. "We hebben geen bijwerkingen ontdekt die verband houden met het toedienen van de deeltjes."

"Deze resultaten zijn bemoedigend voor andere mogelijke toepassingen van melanine, inclusief stralingsbescherming van andere stralingsgevoelige weefsels, zoals het maagdarmkanaal, " merkte Andrew Schweitzer op, MD, voorheen een Howard Hughes Medical Institute fellow bij Einstein en hoofdauteur van de studie.

Klinische onderzoeken die testen of gemelaniseerde nanodeeltjes kankerpatiënten kunnen beschermen die bestralingstherapie ondergaan, kunnen over twee tot drie jaar beginnen, Dr. Dadachova voorspelde. Ze merkte ook op dat gemelaniseerde nanodeeltjes ook andere toepassingen kunnen hebben, zoals het beschermen van werknemers die belast zijn met het opruimen van nucleaire ongevallen, astronauten beschermen tegen blootstelling aan straling in de ruimte, of zelfs mensen beschermen na een nucleaire aanval.