(PhysOrg.com) - Een uitvinding van onderzoekers van de Universiteit van Arizona kan een manier bieden om chemotherapeutische geneesmiddelen in gecontroleerde doses aan kankerweefsels te leveren zonder gezonde lichaamscellen te beschadigen.

Onderzoekers van de Universiteit van Arizona hebben mogelijk een manier gevonden om chemotherapeutische medicijnen in gecontroleerde doses aan kankerweefsels af te geven zonder gezonde lichaamscellen te beschadigen.

Indien succesvol, de uitvinding van met goud beklede liposomen zou chemotherapie effectiever kunnen maken om kankercellen te vernietigen en de schadelijke bijwerkingen die kunnen voortvloeien uit de behandeling te verlichten.

De uitvinding van Marek Romanowski, een universitair hoofddocent bij de afdeling biomedische technologie van het College of Engineering aan de UA, en zijn labteam heeft geen wondermiddel. Beter:het heeft een voering van goud. Het geheim van het niet-invasief beheersen van de afgifte van chemotherapeutische geneesmiddelen ligt in capsules op nanoschaal gemaakt van lipiden en bedekt met een fijne laag goud.

Chemotherapeutische geneesmiddelen zijn soms verpakt in kleine capsules die liposomen worden genoemd, die zijn gemaakt van organische lipiden die al in menselijke cellen aanwezig zijn. De lipide-omhulling zorgt ervoor dat het immuunsysteem van het lichaam het vreemde molecuul niet aanvalt voordat het het medicijn kan afgeven.

Eenmaal vrijgekomen in de bloedbaan, geneesmiddeldragende liposomen hopen zich op rond een kankertumor vanwege een eigenschap die bekend staat als lekkende vasculatuur:tumorcellen hebben extra openingen naar bloedvaten om voedingsstoffen op te nemen die in de bloedbaan worden vervoerd, meestal omdat ze proberen sneller te groeien dan normale cellen. De extra doorbloeding zorgt ervoor dat er meer voedingsstoffen, en ook meer liposomen, zich waarschijnlijk ophopen in de tumorcellen, waar ze uiteindelijk afbreken en het geneesmiddel in de cellen afgeven, leidt tot celdood.

De zeer giftige medicijnen die voor chemotherapie worden gebruikt, vernietigen kankercellen, maar zonder enige manier om onderscheid te maken tussen celtypes, ze kunnen ook gezonde cellen beschadigen. Deze schade aan het lichaam is normaal, gezonde cellen leidt tot de bijwerkingen die normaal worden geassocieerd met chemotherapiebehandelingen:bloedarmoede, haaruitval, braken - omdat cellen waaruit het maagslijmvlies bestaat worden vernietigd - en misselijkheid, onder andere.

Sleutels in een slot

Om kankercellen beter te targeten, het UA-team hechtte liposomen aan signaalmoleculen die liganden worden genoemd, die interageren met specifieke celreceptoren zoals sleutels in een slot.

"Het hangt allemaal af van de ziekte waarop we ons richten, maar in het geval van tumorcellen, ze brengen bepaalde receptoren om verschillende redenen tot overexpressie. Een daarvan is dat tumorcellen zich zeer snel vermenigvuldigen, en dus brengen ze veel voedingsreceptoren tot overexpressie omdat ze zich sneller willen delen, " zei Xenia Kachur, een derdejaars afgestudeerde student in het Biomedical Engineering Graduate Interdisciplinair Programma, of GIDP. Door de extra receptoren is de kans groter dat de liposomen zich hechten aan en in tumorcellen komen dan normale cellen.

Naarmate ze degraderen, liposomen geven op ongecontroleerde wijze beetje bij beetje medicijnen af, die tumorcellen mogelijk niet effectief vernietigen. Zei Sarah Leung, een vierdejaars afstudeerstudent in de biomedische techniek GIDP die ook in het Romanowski-lab zit:"Er is een bepaalde concentratie waarbij je optimale resultaten hebt, zodat je niet genoeg van het medicijn hebt om een ​​goede respons te krijgen, en bovendien zou het zelfs nog giftiger kunnen zijn."

De nieuwe uitvinding zou artsen in staat kunnen stellen om de hoeveelheid geneesmiddel die per keer wordt afgegeven te controleren, en om het medicijn alleen in het tumorgebied af te geven, waardoor gezonde cellen worden beschermd tegen schade veroorzaakt door het medicijn. Dit is waar de gouden voering binnenkomt.

Geneesmiddelen bedekt met goud

"Een eigenschap van goud is dat het nabij-infrarood licht kan omzetten in warmte, " zei Kachur. "Door goud op het oppervlak van deze liposomen aan te brengen, we kunnen dan een stimulus inbrengen, zoals nabij-infrarood licht. Het goud zet het licht om in warmte, de hitte zorgt ervoor dat het liposoom gaat lekken, en dan kan alles wat echt geconcentreerd is binnenin via het lekkende liposoom naar buiten diffunderen."

"Infrarood licht dringt het diepst door het lichaam omdat het het minst met de meeste weefsels in wisselwerking staat, en het voorkomt ook veel van de verwarming die je lichaam [anders] zou kunnen ervaren, ' zei Kachur.

De theorie gaat dat de hoeveelheid infrarood licht kan worden gevarieerd om de hoeveelheid geneesmiddel te regelen die vrijkomt uit de met goud beklede liposomen.

"Door meer of minder licht te gebruiken, je kunt meer of minder van het medicijn vrijgeven en de reacties ook timen, dus als je licht ontsteekt, een of ander medicijn zal lekken, je kunt het opnieuw activeren en meer drugslek hebben, of je kunt even wachten, laat het medicijn zich verspreiden, zijn ding doen, activeer het dan opnieuw. Het zorgt voor veel meer vrijheid bij het releaseproces, " zei Leung. "Door deze zeer getriggerde reactie te hebben, kun je dat therapeutische venster bereiken."

Ondanks een verhoogde bloedtoevoer naar tumorcellen en de key-in-lock werking van de liganden, sommige liposomen kunnen nog steeds in gezonde cellen terechtkomen. In dat geval, de goudcoating zou mogelijk kunnen werken om de afgifte van het giftige medicijn aan de gezonde cellen te voorkomen.

Door selectief het infraroodlicht alleen in het tumorgebied te laten schijnen, artsen konden ervoor zorgen dat alleen liposomen in het tumorgebied het medicijn kunnen afgeven.

"Als je eenmaal weet waar de tumoren zijn, je kunt doorgaan en je lichtbron op die gebieden richten. Wat er verder nog over is, zal het lichaam verlaten of kan langzaam worden vrijgegeven, maar niet zo hoog of zo toxisch als het zou zijn als u het medicijn gewoon systemisch zou injecteren, ' zei Leung.

De uitvinding heeft nog een bonus:"Het met goud beklede liposoom is biologisch afbreekbaar, wat een van de beste onderdelen van ons systeem is, " zei Leung. Momenteel zijn er geen goedgekeurde chemotherapeutische behandelingen waarmee de gouden nanostructuren uit het lichaam kunnen worden verwijderd door de eigen mechanismen van het lichaam, zei Leung.

nieren, de organen die normaal afvalmoleculen uit het bloed filteren, hebben een limiet aan de grootte van het molecuul dat ze kunnen filteren. "Vanwege de grootte waarin het uiteenvalt, ons systeem moet via de nier worden geklaard, wat echt uniek is, ' zei Leung.

Er moeten nog veel stappen worden ondernomen om de uitvinding te testen voordat deze kan worden gebruikt bij kankertherapie. Maar als het lukt, met goud beklede liposomen zouden een methode kunnen bieden om chemotherapeutische geneesmiddelen op kankercellen te richten, activeer op niet-invasieve wijze de afgifte van de medicijnen met behulp van infrarood licht en biedt een manier voor het lichaam om het medicijn op natuurlijke wijze uit de bloedbaan te filteren.

Op een dag, kankerpatiënten zouden mogelijk chemotherapiebehandelingen kunnen krijgen met het vertrouwen dat de medicijnen kankercellen effectief zullen vernietigen, en zonder angst voor schadelijke bijwerkingen.