(PhysOrg.com) -- Melding van nanotechnologie en medisch onderzoek, Sandia Nationale Laboratoria, de Universiteit van New Mexico, en het UNM Cancer Research and Treatment Center hebben een effectieve strategie ontwikkeld die nanodeeltjes gebruikt om kankercellen te vernietigen met een melange van dodelijke medicijnen.

In het omslagartikel van het meinummer van Natuurmaterialen , online beschikbaar 17 april de onderzoekers beschrijven silica-nanodeeltjes met een diameter van ongeveer 150 nanometer als honingraat met holtes die grote hoeveelheden en variëteiten van medicijnen kunnen opslaan.

"De enorme capaciteit van de nanoporeuze kern, met zijn grote oppervlakte, gecombineerd met de verbeterde targeting van een inkapselende lipide dubbellaag [een liposoom genoemd], toestaan ​​dat een enkele 'protocel' geladen met een medicijncocktail een medicijnresistente kankercel doodt, " zegt Sandia-onderzoeker en UNM-professor Jeff Brinker, de hoofdonderzoeker. "Dat is een miljoenvoudige toename in efficiëntie ten opzichte van vergelijkbare methoden die alleen liposomen gebruiken - zonder nanodeeltjes - als medicijndragers."

De nanodeeltjes en de omringende celachtige membranen gevormd uit liposomen vormen samen de combinatie die een protocel wordt genoemd:het membraan sluit de dodelijke lading af en wordt gemodificeerd met moleculen (peptiden) die zich specifiek binden aan receptoren die tot overexpressie worden gebracht op het oppervlak van de kankercel. (Te veel receptoren is één signaal dat de cel kankerachtig is.) De nanodeeltjes zorgen voor stabiliteit aan het ondersteunde membraan en bevatten en geven de therapeutische lading in de cel af.

Een huidige door de Food and Drug Administration goedgekeurde leveringsstrategie voor nanodeeltjes is om liposomen zelf te gebruiken om de lading te bevatten en af ​​te leveren. In een onderlinge vergelijking van gerichte liposomen en protocellen met identieke membraan- en peptidesamenstellingen, Brinker en collega's melden dat de grotere laadcapaciteit, stabiliteit en doelgerichtheid van protocellen leidt tot een vele malen grotere cytotoxiciteit [vernietiging] die specifiek gericht is op menselijke leverkankercellen.

Een ander voordeel van protocellen ten opzichte van alleen liposomen, zegt hoofdauteur Carlee Ashley, een postdoctoraal onderzoeker van Harry S. Truman op de locatie van Sandia in Californië in Livermore, is dat liposomen die als dragers worden gebruikt, gespecialiseerde laadstrategieën nodig hebben die het proces moeilijker maken. "We hebben aangetoond dat we nanodeeltjes gewoon kunnen laten weken om ze te laden met unieke medicijncombinaties die nodig zijn voor gepersonaliseerde geneeskunde. Ze kapselen effectief toxines in, evenals siRNA [ribonucleïnezuur] die expressies van eiwitten dempen."

RNA, de biologische boodschapper die cellen vertelt welke eiwitten moeten worden aangemaakt, in dit geval wordt gebruikt om de cellulaire fabriek tot zwijgen te brengen, een manier om apoptose of celdood te veroorzaken. "Si" is een afkorting voor "stilte".

De lipiden dienen ook als een schild dat verhindert dat giftige chemotherapiemedicijnen uit het nanodeeltje lekken totdat de protocel zich bindt aan en vasthoudt in de kankercel. Dit betekent dat er weinig vergiften in het systeem van de menselijke gastheer lekken, als de protocellen geen kankercellen vinden. Deze verhulling vermindert de toxische bijwerkingen die verwacht worden van conventionele chemotherapie.

In plaats daarvan, de deeltjes - klein genoeg gemaakt om onder de radar van de lever en andere reinigende organen te drijven - kunnen dagen of weken onschadelijk circuleren, afhankelijk van hun technische grootte, op zoek naar hun prooi.

Een bibliotheek van fagen - virussen die bacteriën aanvallen - werd gecreëerd in het nationaal erkende kankercentrum van UNM door medewerker David Peabody. Hierdoor konden onderzoekers de fagen blootstellen aan een groep kankercellen en normale cellen, waardoor identificatie mogelijk is van peptiden die specifiek binden aan kankercellen, maar niet aan normale cellen.

"Eiwitten die zijn gemodificeerd met een targeting-peptide dat bindt aan een bepaald carcinoom, vertonen een 10, 000 maal grotere affiniteit voor die kanker dan voor andere niet-verwante cellen, ' zei Ashley.

Brinker voegt toe, "Een belangrijk kenmerk van onze protocel is dat zijn vloeibare dubbellaag binding met hoge affiniteit mogelijk maakt met slechts een paar van deze peptiden in het algemeen. Dit vermindert niet-specifieke binding en immuunrespons."

De methode wordt in vivo getest op menselijke kankercellen, en zal binnenkort worden getest op muizentumoren in het kankercentrum van UNM.

De onderzoekers blijven de grootte van het poreuze silicadeeltje optimaliseren, die wordt gevormd door een voorloperoplossing te vernevelen. Het fabricageproces van poreuze nanodeeltjes - door verdamping geïnduceerde zelfassemblage genoemd, en pionierde in het Brinker-lab - produceert deeltjes met een diameter van 50 nm tot enkele microns. Deeltjesgroottes tussen 50 en 150 nanometer in diameter zijn ideaal voor het maximaliseren van de circulatie en opname in kankercellen, dus de deeltjes worden vooraf geselecteerd op grootte voordat ze tot protocellen worden gevormd.

"Hun totale afmetingen bepalen hoe wijd ze in de bloedbaan zullen worden verspreid, "Zei Brinker. "We veranderen onze synthese om de voorkeur te geven aan de kleinere maten."

Ook van belang voor de circulatietijd van het deeltje zijn de elektrische lading en hydrofobiciteit [vermijding van water], die zijn vermogen om vrij te blijven van ongewenste moleculaire of energetische verwikkelingen kan verbeteren of verminderen.

De methode kan over vijf jaar commercieel beschikbaar zijn, onderzoekers schatten.