Al decenia, 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 één 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 (UCSD) heeft een nieuw type toedieningssysteem ontworpen waarbij een eerste golf nanodeeltjes zich op de tumor aanscherpt, 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, zeggen de rechercheurs. Dit multi-institutionele team werd geleid door Sangeeta Bhatia van MIT, die ook lid is van het MIT-Harvard Center of Cancer Nanotechnology Excellence, onderdeel van de National Cancer Institute's Alliance for Nanotechnology in Cancer. Dit onderzoek wordt beschreven in een paper gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials. Michael Sailor van UCSD en Erkki Ruoslahti van het Sanford Burnham Institute, beide senior leden van de Alliance for Nanotechnology in Cancer, ook deelgenomen aan dit onderzoek.

Dr. Bhatia en haar medewerkers 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. In dit geval, de aanpak van het 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, waaruit de eerste golf bestaat, verlaat de bloedbaan en arriveert bij 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 van het veelgebruikte antikankermiddel doxorubicine op 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, Dr. Bhatia en haar collega's onderzoeken nu manieren om componenten van deze coöperatieve nanosystemen te vervangen door geneesmiddelen die al bij patiënten worden getest. Bijvoorbeeld, geneesmiddelen die coagulatie op tumorplaatsen induceren, kunnen de signaaldeeltjes die in deze studie zijn getest, vervangen.

Dit werk, die gedetailleerd wordt beschreven in een document met de titel, "Nanodeeltjes die in vivo communiceren om tumortargeting te versterken, " werd gedeeltelijk ondersteund door de NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, een alomvattend initiatief dat is ontworpen om de toepassing van nanotechnologie op de preventie te versnellen, diagnose, en behandeling van kanker.