(PhysOrg.com) -- Al decennia lang onderzoekers hebben gewerkt aan de ontwikkeling van nanodeeltjes die kankermedicijnen rechtstreeks aan tumoren leveren, het minimaliseren van de toxische bijwerkingen van chemotherapie. Echter, zelfs met de beste van deze nanodeeltjes, slechts ongeveer 1 procent van het medicijn bereikt typisch het beoogde doel.

Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers van MIT, het Sanford-Burnham Medisch Onderzoeksinstituut, en de Universiteit van Californië in San Diego hebben een nieuw type toedieningssysteem ontworpen waarbij een eerste golf nanodeeltjes zich in de tumor nestelt, roept dan een veel grotere tweede golf op die het kankermedicijn afgeeft. Deze communicatie tussen nanodeeltjes, mogelijk gemaakt door de lichaamseigen biochemie, verhoogde medicijnafgifte aan tumoren met meer dan 40-voudig in een muisstudie.

Deze nieuwe strategie zou de doeltreffendheid van veel geneesmiddelen voor kanker en andere ziekten kunnen vergroten, zegt Geoffrey von Maltzahn, een voormalig MIT-doctoraatsstudent nu aan het in Cambridge gevestigde Flagship VentureLabs, en hoofdauteur van een paper waarin het systeem wordt beschreven in de online editie van Nature Materials van 19 juni.

"Wat we hebben aangetoond, is dat nanodeeltjes kunnen worden ontworpen om dingen te doen zoals met elkaar communiceren in het lichaam, en dat deze capaciteiten de efficiëntie kunnen verbeteren waarmee ze ziekten zoals kanker opsporen en behandelen, ’ zegt Von Maltzahn.

Senior auteur van het artikel is Sangeeta Bhatia, de John en Dorothy Wilson hoogleraar gezondheidswetenschappen en technologie en een lid van MIT's David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research.

Von Maltzahn en Bhatia lieten zich inspireren door complexe biologische systemen waarin veel componenten samenwerken om een ​​gemeenschappelijk doel te bereiken. Bijvoorbeeld, het immuunsysteem werkt door een sterk georkestreerde samenwerking tussen veel verschillende soorten cellen.

"Er zijn prachtige voorbeelden in de hele biologie waar op systeemschaal, complexe gedragingen ontstaan ​​als gevolg van interactie, medewerking, en communicatie tussen eenvoudige afzonderlijke componenten, ’ zegt Von Maltzahn.

De aanpak van het MIT-team is gebaseerd op de bloedstollingscascade - een reeks reacties die begint wanneer het lichaam letsel aan een bloedvat detecteert. Eiwitten in het bloed, bekend als stollingsfactoren, interageren in een complexe reeks stappen om strengen fibrine te vormen, die helpen de plaats van de verwonding af te dichten en bloedverlies te voorkomen.

Om de communicatiekracht van die cascade te benutten, de onderzoekers hadden twee soorten nanodeeltjes nodig:signalering en ontvangst.

Signaaldeeltjes, die de eerste golf vormen, verlaten de bloedbaan en arriveren op de tumorplaats via kleine gaatjes in de lekkende bloedvaten die tumoren meestal omringen (dit is dezelfde manier waarop de meeste gerichte nanodeeltjes hun bestemming bereiken). Eenmaal bij de tumor, deze eerste golf van deeltjes doet het lichaam geloven dat er een verwonding is opgetreden op de plaats van een tumor, hetzij door warmte af te geven of door zich te binden aan een eiwit dat de stollingscascade in gang zet.

Ontvangende deeltjes zijn bedekt met eiwitten die binden aan fibrine, die hen naar de plaats van bloedstolling trekt. Die tweedegolfdeeltjes dragen ook een drugslading, die ze vrijgeven zodra ze de tumor bereiken.

In een studie van muizen, één systeem van communicerende nanodeeltjessystemen leverde 40 keer meer doxorubicine op (een medicijn dat wordt gebruikt om vele soorten kanker te behandelen) dan niet-communicerende nanodeeltjes. De onderzoekers zagen ook een overeenkomstig versterkt therapeutisch effect op de tumoren van muizen die waren behandeld met communicerende nanodeeltjes.

Om het pad te effenen voor mogelijke klinische proeven en goedkeuring door de regelgevende instanties, de MIT-onderzoekers onderzoeken nu manieren om componenten van deze coöperatieve nanosystemen te vervangen door medicijnen die al bij patiënten worden getest. Bijvoorbeeld, geneesmiddelen die coagulatie op tumorlocaties induceren, kunnen de signaaldeeltjes die in deze studie zijn getest, vervangen.

Jeffrey Brinker, hoogleraar chemische technologie aan de Universiteit van New Mexico, zegt dat de nieuwe strategie een slimme manier is om de afgifte van medicijnen aan tumorplaatsen te verbeteren. “In plaats van zich op de tumor zelf te richten, het is gericht op een micro-omgeving die ze hebben gecreëerd, ' zegt hij. “Door deze nanosystemen in twee stappen te ontwikkelen, dat kan worden gebruikt in combinatie met veel andere strategieën.”