Onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Diego heeft een nieuwe methode ontwikkeld om nanodeeltjes te vermommen als rode bloedcellen, waardoor ze het immuunsysteem van het lichaam kunnen ontwijken en kankerbestrijdende medicijnen rechtstreeks in een tumor kunnen afleveren. Hun onderzoek wordt volgende week gepubliceerd in de online Early Edition van de Proceedings van de National Academy of Sciences.

De methode omvat het verzamelen van het membraan van een rode bloedcel en het wikkelen ervan als een krachtige camouflerende mantel rond een biologisch afbreekbaar polymeer nanodeeltje gevuld met een cocktail van kleine molecuul medicijnen. Nanodeeltjes zijn kleiner dan 100 nanometer, ongeveer even groot als een virus.

"Dit is het eerste werk dat het natuurlijke celmembraan combineert met een synthetisch nanodeeltje voor toepassingen voor medicijnafgifte." zei Liangfang Zhang, een nano-engineering professor aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering en Moores UCSD Cancer Center. "Dit nanodeeltjesplatform zal weinig risico op immuunrespons hebben".

Onderzoekers werken al jaren aan het ontwikkelen van medicijnafgiftesystemen die het natuurlijke gedrag van het lichaam nabootsen voor een effectievere medicijnafgifte. Dat betekent het creëren van voertuigen zoals nanodeeltjes die gedurende langere tijd in het lichaam kunnen leven en circuleren zonder aangevallen te worden door het immuunsysteem. Rode bloedcellen leven tot 180 dagen in het lichaam en, als zodanig, zijn "de leveringsvoertuig met lange omloop van de natuur, " zei Zhang's student Che-Ming Hu, een UCSD Ph.D. kandidaat in de bio-engineering, en eerste auteur op het papier.

Stealth-nanodeeltjes worden al met succes gebruikt bij de klinische behandeling van kanker om chemotherapiemedicijnen te leveren. Ze zijn gecoat in een synthetisch materiaal zoals polyethyleenglycol dat een beschermingslaag creëert om het immuunsysteem te onderdrukken, zodat het nanodeeltje de tijd heeft om zijn nuttige lading af te leveren. Zhang zei dat de huidige stealth-voertuigen voor het afleveren van nanodeeltjes uren in het lichaam kunnen circuleren in vergelijking met de minuten die een nanodeeltje zou kunnen overleven zonder deze speciale coating.

Maar in de studie van Zhang, nanodeeltjes gecoat in de membranen van rode bloedcellen circuleerden bijna twee dagen in de lichamen van laboratoriummuizen. De studie werd gefinancierd door een subsidie ​​van het National Institute of Health.

Een verschuiving naar gepersonaliseerde geneeskunde

Het gebruik van de eigen rode bloedcellen van het lichaam markeert een belangrijke verschuiving in focus en een belangrijke doorbraak op het gebied van onderzoek naar gepersonaliseerde medicijnafgifte. Proberen om de belangrijkste eigenschappen van een rode bloedcel in een synthetische coating na te bootsen, vereist een diepgaand biologisch begrip van hoe alle eiwitten en lipiden op het oppervlak van een cel functioneren, zodat je weet dat je de juiste eigenschappen nabootst.
In plaats daarvan, Zhang's team neemt gewoon het hele oppervlaktemembraan van een echte rode bloedcel.

"We hebben dit probleem vanuit een technisch oogpunt benaderd en al deze fundamentele biologie omzeild, "zei Zhang. "Als de rode bloedcel zo'n kenmerk heeft en we weten dat het iets met het membraan te maken heeft - hoewel we niet helemaal begrijpen wat er precies aan de hand is op eiwitniveau - nemen we gewoon de hele membraan. Je doet de mantel om het nanodeeltje, en het nanodeeltje ziet eruit als een rode bloedcel."

Het gebruik van nanodeeltjes om medicijnen toe te dienen, vermindert ook de uren die nodig zijn om chemotherapie-medicijnoplossingen langzaam door een intraveneuze lijn te laten druppelen tot slechts een paar minuten voor een enkele injectie van medicijnen met nanodeeltjes. Dit verbetert de ervaring van de patiënt en de naleving van het therapeutische plan aanzienlijk. De doorbraak zou kunnen leiden tot meer gepersonaliseerde medicijnafgifte waarbij een klein monster van het eigen bloed van een patiënt genoeg van het essentiële membraan kan produceren om het nanodeeltje te verhullen, het risico op een immuunrespons tot bijna niets verminderen.

Zhang zei dat een van de volgende stappen is om een ​​aanpak te ontwikkelen voor grootschalige productie van deze biomimetische nanodeeltjes voor klinisch gebruik, die zal worden gedaan door financiering van de National Science Foundation. Onderzoekers zullen ook een targetingmolecuul aan het membraan toevoegen dat het deeltje in staat zal stellen om kankercellen te zoeken en zich eraan te binden. en integreer de technologie van het team voor het laden van medicijnen in de nanodeeltjeskern, zodat meerdere medicijnen tegelijkertijd kunnen worden afgeleverd.

Zhang zei dat het belangrijk is om meerdere medicijnen in een enkel nanodeeltje te kunnen afleveren, omdat kankercellen een resistentie kunnen ontwikkelen tegen medicijnen die afzonderlijk worden afgeleverd. Door ze te combineren, en het nanodeeltje het vermogen te geven om zich op kankercellen te richten, de hele cocktail kan als een bom uit de kankercel vallen.