Chemische ingenieurs van MIT hebben een nieuw type nanodeeltje voor medicijnafgifte ontworpen dat gebruikmaakt van een eigenschap die door bijna alle tumoren wordt gedeeld:ze zijn zuurder dan gezonde weefsels.

Dergelijke deeltjes kunnen zich richten op bijna elk type tumor, en kan worden ontworpen om vrijwel elk type medicijn te dragen, zegt Paula Hammond, een lid van het David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research aan het MIT en senior auteur van een paper waarin de deeltjes in het tijdschrift worden beschreven ACS Nano .

Net als de meeste andere nanodeeltjes die medicijnen afleveren, de nieuwe MIT-deeltjes zijn gehuld in een polymeerlaag die hen beschermt tegen afbraak door de bloedbaan. Echter, het MIT-team, inclusief hoofdauteur en postdoctoraal medewerker Zhiyong Poon, ontwierp deze buitenste laag om af te vallen na het betreden van de iets zuurdere omgeving in de buurt van een tumor. Dat onthult een andere laag die individuele tumorcellen kan binnendringen.

In de ACS Nano papier, die op 23 april online ging, de onderzoekers meldden dat, in muizen, hun deeltjes kunnen tot 24 uur in de bloedbaan overleven, accumuleren op tumorplaatsen en gaan tumorcellen binnen.

Een nieuw doelwit

De nieuwe MIT-aanpak verschilt van die van de meeste ontwerpers van nanodeeltjes. Typisch, onderzoekers proberen hun deeltjes op een tumor te richten door ze te versieren met moleculen die zich specifiek binden aan eiwitten die op het oppervlak van kankercellen worden aangetroffen. Het probleem met die strategie is dat het moeilijk is om het juiste doelwit te vinden - een molecuul dat op alle kankercellen in een bepaalde tumor wordt gevonden, maar niet op gezonde cellen. Ook, een doelwit dat voor het ene type kanker werkt, werkt mogelijk niet voor een ander.

Hammond en haar collega's besloten gebruik te maken van tumorzuur, wat een bijproduct is van zijn opgevoerde metabolisme. Tumorcellen groeien en delen veel sneller dan normale cellen, en die metabolische activiteit verbruikt veel zuurstof, wat de zuurgraad verhoogt. Naarmate de tumor groeit, het weefsel wordt steeds zuurder.

Om hun gerichte deeltjes te bouwen, de onderzoekers gebruikten een techniek die 'layer-by-layer assembly' wordt genoemd. Dit betekent dat elke laag kan worden aangepast om een ​​specifieke functie uit te voeren.

Wanneer de buitenste laag (gemaakt van polyethyleenglycol, of PEG) breekt af in de zure omgeving van de tumor, een positief geladen middenlaag wordt onthuld. Die positieve lading helpt om een ​​ander obstakel voor de afgifte van geneesmiddelen door nanodeeltjes te overwinnen:zodra de deeltjes een tumor bereiken, het is moeilijk om ze de cellen binnen te krijgen. Deeltjes met een positieve lading kunnen het negatief geladen celmembraan binnendringen, maar dergelijke deeltjes kunnen niet in het lichaam worden geïnjecteerd zonder een of andere "mantel", omdat ze ook gezonde weefsels zouden vernietigen.

De binnenste laag van de nanodeeltjes kan een polymeer zijn dat een kankermedicijn draagt, of een kwantumpunt dat kan worden gebruikt voor beeldvorming, of vrijwel alles wat de ontwerper zou willen leveren, zegt Hammond, wie is de Bayer Professor of Chemical Engineering aan het MIT.

Laag voor laag

Andere onderzoekers hebben geprobeerd nanodeeltjes te ontwerpen die profiteren van de zuurgraad van tumoren, maar de deeltjes van Hammond zijn de eerste die met succes zijn getest in levende dieren.

Jinming Gao, hoogleraar oncologie en farmacologie aan het Southwestern Medical Center van de Universiteit van Texas, zegt dat het "best slim" is om laag-voor-laag assemblage te gebruiken om deeltjes te creëren met een beschermende laag die kan worden afgeworpen wanneer de deeltjes hun doelen bereiken. “Het is een mooi proof of concept, " zegt Gao, die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam. "Dit zou kunnen dienen als een algemene strategie om de micro-omgeving van zure tumoren aan te pakken voor een betere medicijnafgifte."

De onderzoekers zijn van plan om deze deeltjes verder te ontwikkelen en hun vermogen om medicijnen af ​​te geven bij dieren te testen. Hammond zegt dat ze verwacht dat het vijf tot tien jaar van ontwikkeling kan duren voordat klinische proeven bij mensen kunnen beginnen.

Het team van Hammond werkt ook aan nanodeeltjes die meerdere ladingen kunnen dragen. Bijvoorbeeld, de buitenste PEG-laag kan een medicijn of een gen dragen dat de tumorcellen zou "primen" om vatbaar te zijn voor een ander medicijn dat in de kern van het deeltje wordt gedragen.