Negen jaar geleden, wetenschappers van het Maxine Dunitz Neurosurgical Institute van Cedars-Sinai ontdekten een subtiele verschuiving in de moleculaire samenstelling van het meest agressieve type hersentumoren, glioblastoom multiforme. Met verdere studie, ze ontdekten dat een specifiek eiwit, laminine-411 genaamd, een belangrijke rol speelt in het vermogen van een tumor om nieuwe bloedvaten te bouwen om de groei en verspreiding te ondersteunen. Maar technologie bestond toen niet om dit eiwit te blokkeren.

Nutsvoorzieningen, gebruik van nieuwe technologie voor medicijntechnologie die deel uitmaakt van een geavanceerde wetenschap die nanogeneeskunde wordt genoemd, het onderzoeksteam heeft een "nanobioconjugaat" -medicijn gemaakt dat kan worden toegediend via een intraveneuze injectie en in het bloed wordt vervoerd om de hersentumor aan te pakken. Het is ontwikkeld om specifiek door de tumorcelwand te dringen, endosomen binnendringen, mobiele compartimenten in cellen.

Naarmate endosomen volwassen worden, ze worden zuur (lage pH), en een chemische component van het medicijn triggert op dit punt, het breken van de membranen van de endosomen. Vrijgemaakte medicijnen blokkeren de productie van laminine-411 door de tumorcel, het "kwaadaardige" eiwit van nieuwe tumorvaten. Door zijn aard, het medicijn is niet-toxisch voor niet-tumorcellen; bijwerkingen geassocieerd met conventionele chemotherapie zijn geen probleem met deze klasse geneesmiddelen.

Deze aanpak wordt beschouwd als de eerste in zijn soort - de eerste toepassing van een pH-afhankelijke endosoom-ontsnappingseenheid in geneesmiddelen die intraveneus worden toegediend voor de behandeling van hersenkanker - zoals gerapporteerd in Proceedings van de National Academy of Sciences . Studies bij laboratoriummuizen tonen aan dat dit systeem grote hoeveelheden antitumorgeneesmiddel in tumoren laat ophopen, de groei van nieuwe bloedvaten en de tumoren zelf aanzienlijk vertragen. Tumoren bij dieren die met het medicijn werden behandeld, waren 90 procent kleiner dan die in een controlegroep.

gliomen, een type kwaadaardige hersentumoren, zijn uiterst moeilijk te behandelen. Hun neiging om zich in gezond hersenweefsel te verspreiden en hun vermogen om op verre locaties weer te verschijnen, maken het vrijwel onmogelijk om ze operatief volledig te verwijderen. Ze weerstaan ​​chemotherapie en bestralingstherapie, en de hersenen zelf worden 'beschermd' door de bloed-hersenbarrière en mechanismen van het immuunsysteem die de meeste therapieën dwarsbomen.

Het systeem dat is ontwikkeld in Cedars-Sinai - een nanobioconjugaat - lijkt belangrijke hindernissen voor de behandeling van hersentumoren weg te nemen. Nanoconjugaten zijn de nieuwste evolutie van moleculaire geneesmiddelen die zijn ontworpen om cellen binnen te dringen en specifiek gedefinieerde doelen daarin te veranderen. Zoals gesuggereerd door de term "bioconjugaat, " deze systemen bevatten chemische "modules" die zijn bevestigd (geconjugeerd) aan een leveringsvehikel door sterke chemische bindingen. Dergelijke bindingen voorkomen dat de componenten tijdens het transport worden beschadigd of gescheiden in weefsels of bloedplasma. Maar met inventieve medicijntechnologie, de antitumorcomponent activeert direct in tumorcellen.

Een nanoconjugaat bestaat als een enkele chemische eenheid, waarbij zijn componenten kritieke taken in een vooraf bepaalde volgorde uitvoeren en verschillende doelen tegelijk aanvallen. De ultieme aanval op een tumorcel hangt af van een complexe, goed gechoreografeerde keten van biochemische gebeurtenissen, zoals:het binnendringen van de bloed-hersenbarrière en de bloed-hersentumorbarrière; specifiek homing naar tumorcellen; doordringen in de wanden van bloedvaten en tumorcellen; het vrijgeven van antitumormiddelen op de juiste plaats en tijd; en ontmantelingsmechanismen die tumorvoedende bloedvaten helpen groeien.

"Dit nanobioconjugaat verschilt van eerdere nanomedicijnen omdat het antitumormedicijnen aflevert en afgeeft in tumorcellen, niet alleen op de plaats van een tumor, " zei onderzoekswetenschapper Julia Y. Ljubimova, MD, doctoraat, senior auteur van het artikel. Ze leidt het Drug Delivery and Nanomedicine Laboratory van de afdeling Neurochirurgie van Cedars-Sinai. Andere belangrijke bijdragers aan deze studie en het artikel zijn onder meer:​​Hui Ding, doctoraat, en Eggehard Holler, doctoraat, chemici, biochemici en immunologen. Holler is verbonden aan zowel Cedars-Sinai als de Universiteit van Regensburg in Duitsland.

Cedars-Sinai's medicijn, een macromolecuul van 20 tot 30 nanometer groot, is gebaseerd op een sterk gezuiverde vorm van polyappelzuur afgeleid van het eencellige organisme Physarum polycephalum. Wanneer het nanoconjugaat zijn taken heeft volbracht, het lichaam verteert het volledig, laat geen schadelijke resten achter.

"Op basis van onze studies, dit nanoconjugaat lijkt een veilig en efficiënt leveringsplatform te zijn dat ook geschikt kan zijn bij de behandeling van degeneratieve hersenaandoeningen en een breed scala aan andere aandoeningen. Het wordt onschadelijk afgebroken tot koolstofdioxide en water, niet-toxisch voor normaal weefsel, en, in tegenstelling tot sommige medicijnen, het is niet-immunogeen, wat betekent dat het het immuunsysteem niet zodanig stimuleert dat het allergische reacties veroorzaakt die kunnen variëren van lichte hoest of huiduitslag tot plotselinge, levensbedreigende symptomen, " zei Ljubimova. Onderzoekers verwachten dat klinische proeven met het medicijn bij mensen in de nabije toekomst zullen beginnen.