(PhysOrg.com) -- Ongeveer elke drie dagen, Colleen Alexander, een afgestudeerde scheikundestudent, voedt cellen die een dodelijke vorm van hersenkanker veroorzaken. Het is een ritueel waarbij de gezondheid van de cellen onder een microscoop wordt beoordeeld, dode cellen wegspoelen met een speciale oplossing en schoon medium inbrengen dat de levende cellen zal voeden en nieuwe zal genereren. Op een gegeven moment, deze cellen zullen worden onderworpen aan chemotherapeutische middelen die zijn gehecht aan nanodeeltjes gemaakt van goud.

Het is een revolutionair idee voor een moleculair medicijnafgiftesysteem dat is ontwikkeld door twee chemici van de Syracuse University's College of Arts and Sciences die hun zeer verschillende expertisegebieden hebben gecombineerd. Hun werk was onlangs te zien in het Journal of the National Cancer Institute (NCI) in een nieuwsartikel waarin de toenemende focus van het NCI op het gebruik van nanotechnologie voor de diagnose en behandeling van kanker wordt benadrukt. Het is een onderzoeksgebied waarin het NCI $30 miljoen per jaar investeert, nationaal, de komende vijf jaar.

Het idee om medicijnmoleculen voor chemotherapie te hechten aan nanodeeltjes gemaakt van goud, ontstond uit een reeks ganggesprekken en "wat als" tussen James Dabrowiak en Mathew Maye. Beiden zijn lid van de afdeling Chemie van het college en van het Syracuse Biomaterials Institute, die zeer gespecialiseerde laboratoriumfaciliteiten biedt voor hun werk.

Dabrowiak heeft het grootste deel van zijn carrière gewijd aan onderzoek naar kankergeneesmiddelen en is Alexanders Ph.D. faculteitsadviseur. Maye's expertise ligt in nanotechnologie. Hij gebruikt biomimetische methoden om nanomaterialen te assembleren. Biomimetisch betekent het gebruik van DNA om nanodeeltjes de natuur na te laten bootsen.

“Je kunt een enorme hoeveelheid kleine medicijnmoleculen op een enkel nanodeeltje zetten, ', zegt Dabrowiak. “Dat heeft tot gevolg dat zeer hoge concentraties van het medicijn in kankercellen terechtkomen, waardoor het medicijn een effectiever dodingsmiddel wordt met minder bijwerkingen.”

De truc is om de meest effectieve manier te vinden om de met drugs beladen nanodeeltjes te maken. Dat is waar Maye's expertise van pas komt. Zijn laboratorium heeft een manier ontwikkeld om DNA aan gouden nanodeeltjes te hechten. De medicijnmoleculen plakken aan de DNA-gecoate nanodeeltjes, gecodeerd om specifieke soorten drugs aan te trekken. Zodra het medicijn is bevestigd, het oppervlak van het nanodeeltje is bedekt met inerte materialen om te voorkomen dat het immuunsysteem het nanodeeltje aanvalt als een vreemde indringer voordat het zijn weg naar de tumor vindt.

“De onze is een compleet andere manier om een ​​moleculair medicijnafgiftesysteem te ontwerpen, ' zegt May. “De methode die we gebruiken om medicijnmoleculen aan het DNA te hechten, is een uniek onderdeel van het systeem. Het is een onderzoeksgebied dat niemand verkent.”

Naast het leveren van een hogere concentratie medicijnen aan individuele kankercellen, de wetenschappers zeggen dat nanodeeltjes mogelijk efficiënter in tumoren kunnen komen dan de huidige systemen voor medicijnafgifte. Door hun snelle groei, tumoren zijn minder dicht opeengepakt en poreuzer dan gezonde weefsels. Geneesmiddelmoleculen zijn klein en hebben de neiging om uit de poriën te lekken, het effect van het medicijn op de tumor verminderen. In tegenstelling tot, de grotere nanodeeltjes hebben de neiging vast te komen te zitten in de poriën, waardoor het medicijn meer tijd heeft om de tumor binnen te dringen.

“De nanodeeltjes worden gemakkelijker opgevangen door tumoren dan door normaal weefsel, ', zegt Dabrowiak. "Er komt meer medicijn in tumoren en minder in gezond weefsel, wat leidt tot minder bijwerkingen voor patiënten.”

Het uiteindelijke doel van de wetenschappers is om "slimme nanodeeltjes" te ontwikkelen die alleen kankercellen zouden opsporen, gezonde cellen en weefsel onaangeroerd laten. “We kunnen verschillende soorten moleculen aan een enkel nanodeeltje hechten, inclusief deeltjes die specifieke kenmerken van kankercellen herkennen, ' zegt May. "Ons doel is om slimme toedieningssystemen voor nanodeeltjes te ontwikkelen voor bestaande chemotherapiemedicijnen."