Met behulp van licht-oogstende nanodeeltjes om laserenergie om te zetten in "plasmonische nanobellen, " onderzoekers van Rice University, het MD Anderson Cancer Center van de Universiteit van Texas en het Baylor College of Medicine (BCM) ontwikkelen nieuwe methoden om medicijnen en genetische ladingen rechtstreeks in kankercellen te injecteren. In tests op resistente kankercellen, de onderzoekers ontdekten dat het toedienen van chemotherapiemedicijnen met nanobellen tot 30 keer dodelijker was voor kankercellen dan traditionele medicamenteuze behandeling en dat er minder dan een tiende van de klinische dosis nodig was.

"We leveren kankermedicijnen of andere genetische lading op eencellig niveau, " zei Rice's Dmitri Lapotko, een bioloog en fysicus wiens plasmonische nanobellentechniek het onderwerp is van vier nieuwe peer-reviewed studies, waaronder een die later deze maand in het journaal komt Biomaterialen en een andere gepubliceerd op 3 april in het tijdschrift PLoS ONE . "Door gezonde cellen te vermijden en de medicijnen rechtstreeks in kankercellen af ​​te geven, we kunnen tegelijkertijd de werkzaamheid van geneesmiddelen verhogen en tegelijkertijd de dosering verlagen."

Het selectief toedienen van medicijnen en therapieën, zodat ze kankercellen aantasten, maar niet de gezonde cellen in de buurt, is een groot obstakel bij het toedienen van medicijnen. Het sorteren van kankercellen van gezonde cellen is succesvol geweest, maar het is zowel tijdrovend als duur. Onderzoekers hebben ook nanodeeltjes gebruikt om kankercellen aan te vallen, maar nanodeeltjes kunnen worden opgenomen door gezonde cellen, dus het hechten van medicijnen aan de nanodeeltjes kan ook gezonde cellen doden.

De nanobellen van Rice zijn geen nanodeeltjes; liever, het zijn gebeurtenissen van korte duur. De nanobellen zijn kleine lucht- en waterdampen die ontstaan ​​wanneer laserlicht een cluster van nanodeeltjes raakt en onmiddellijk wordt omgezet in warmte. De bellen vormen zich net onder het oppervlak van kankercellen. Terwijl de bellen uitzetten en barsten, ze openen kort kleine gaatjes in het oppervlak van de cellen en laten kankermedicijnen naar binnen stromen. Dezelfde techniek kan worden gebruikt om gentherapieën en andere therapeutische nuttige ladingen rechtstreeks in cellen af ​​te leveren.

Deze methode, die nog op dieren moet worden getest, zal meer onderzoek vergen voordat het klaar is voor testen op mensen, zei Lapotko, faculteitsgenoot in biochemie en celbiologie en in natuurkunde en astronomie bij Rice.

De Biomaterialen studie die later deze maand verschijnt, maakt melding van selectieve genetische modificatie van menselijke T-cellen voor celtherapie tegen kanker. De krant, waarvan de co-auteur Dr. Malcolm Brenner, hoogleraar geneeskunde en kindergeneeskunde bij BCM en directeur van BCM's Centrum voor Cel- en Gentherapie, ontdekte dat de methode "het potentieel heeft om een ​​revolutie teweeg te brengen in de toediening van geneesmiddelen en gentherapie in diverse toepassingen."

"Het injectiemechanisme met nanobellen is een geheel nieuwe benadering voor de levering van geneesmiddelen en genen, "Brenner zei. "Het houdt een grote belofte in voor het selectief richten op kankercellen die worden gemengd met gezonde cellen in dezelfde cultuur."

Lapotko's plasmonische nanobellen worden gegenereerd wanneer een puls van laserlicht een plasmon raakt, een golf van elektronen die heen en weer klotst over het oppervlak van een metalen nanodeeltje. Door de golflengte van de laser af te stemmen op die van het plasmon, en precies de juiste hoeveelheid laserenergie inbellen, Het team van Lapotko kan ervoor zorgen dat nanobellen zich alleen vormen rond clusters van nanodeeltjes in kankercellen.

Met behulp van de techniek om medicijnen door de beschermende buitenwand van een kankercel te krijgen, of celmembraan, kan het vermogen van het medicijn om de kankercel te doden drastisch verbeteren, zoals aangetoond door Lapotko en MD Anderson's Xiangwei Wu in twee recente studies, een in Biomaterialen in februari en nog een in Geavanceerde materialen in maart.

"Het overwinnen van resistentie tegen geneesmiddelen is een van de grootste uitdagingen bij de behandeling van kanker, "Zei Wu. "Het richten van plasmonische nanobellen op kankercellen heeft het potentieel om de afgifte van medicijnen en het doden van kankercellen te verbeteren."

Om de nanobellen te vormen, de onderzoekers moeten eerst de gouden nanoclusters in de kankercellen krijgen. De wetenschappers doen dit door individuele gouden nanodeeltjes te taggen met een antilichaam dat zich bindt aan het oppervlak van de kankercel. Cellen nemen de gouden nanodeeltjes op en houden ze samen in kleine zakjes net onder hun oppervlak.

Terwijl een paar gouden nanodeeltjes worden opgenomen door gezonde cellen, de kankercellen nemen veel meer op, en de selectiviteit van de procedure is te danken aan het feit dat de minimale drempel van laserenergie die nodig is om een ​​nanobel in een kankercel te vormen, te laag is om een ​​nanobel in een gezonde cel te vormen.