(Phys.org) -Het eiwit tumornecrosefactor-alfa (TNF-alfa) is een krachtig wapen in het arsenaal om kanker onder controle te houden. Helaas, zoals het geval is met veel krachtige kankertherapieën, het gebruik van TNF-alfa als antikankertherapie is ernstig beperkt. "Het was zo giftig dat het de dood veroorzaakte, " en onderzoekers gaven het op, legt Scott McNeil uit, directeur van het Nanotechnology Characterization Lab van het Frederick National Laboratory for Cancer Research.

Dat was in de jaren negentig. Vandaag, TNF-alfa is een goed voorbeeld van hoe giftige stoffen veilig en effectief aan kankercellen kunnen worden afgegeven door middel van nanotechnologie.

McNeils laboratorium, onderdeel van het door de federale overheid gefinancierde onderzoeks- en ontwikkelingscentrum dat wordt beheerd door SAIC-Frederick voor het National Cancer Institute, werkte samen met een farmaceutisch bedrijf om TNF-alfa te herformuleren door het te koppelen aan gouden nanodeeltjes. Met behulp van het met nanotechnologie verbeterde eiwit, het lijkt mogelijk om veilig tot drie keer de hoeveelheid te injecteren die dodelijk was met eerdere versies. Het gemodificeerde medicijn heeft een klinische fase 1-studie doorlopen en gaat fase 2 in.

In het laboratorium van McNeil, en voor andere wetenschappers die nanotechnologie gebruiken voor medicijnafgifte, verhalen zoals deze komen steeds vaker voor. Onderzoekers willen de ontwikkeling van potentiële nanotechnologische geneesmiddelen voor kanker versnellen door manieren te onderzoeken om bijwerkingen te verminderen en behandelingen hun doelen effectiever te laten bereiken. Dit kan betekenen dat nanotechnologie moet worden gebruikt om geneesmiddelen te herformuleren die mogelijk hebben gefaald in eerdere klinische onderzoeken. In sommige gevallen, door een nanodeeltje aan een bestaand medicijn te hechten, onderzoekers kunnen niet alleen de toxiciteit ervan verlagen, maar ze kunnen ook een aanzienlijke toename van de levensverwachting voor patiënten zien.

Veel kankermedicijnen zijn goedgekeurd op basis van hoe lang ze de progressie van de ziekte vertragen. Sommige medicijnen op de markt "verbeteren de levensverwachting slechts met misschien vijf weken, ", zegt McNeil. Hij ziet nanomedicine als een potentiële game-changer voor kankermedicijnen in de toekomst.

McNeil, zowel chemicus als bioloog, heeft het grootste deel van zijn carrière in de nanotechnologie gewerkt, maar toen hem werd gevraagd om zijn expertise toe te passen om betere medicijnen voor kanker te vinden, hij was sceptisch. "Mijn professionele carrière was voornamelijk militair, " zegt de voormalige legerofficier. "Ik gebruikte nanotech voor militaire toepassingen bij SAIC, kwantumstippen gebruiken om te zien of je dingen verstrooit, waar ze landen. Ik werd uit het niets gebeld in december 2003 en het bericht was:'We willen nanotech inzetten voor kankertoepassingen.' Ik dacht, 'Wat denken ze? Je gaat een cadmium-kwantumstip in een mens plaatsen? Er is geen manier!' Ik negeerde het eerst en negeerde eigenlijk de e-mails, in de hoop dat het weg zou gaan."

Maar het ging niet weg. In feite, er is veel veranderd in de afgelopen 10 jaar. Nutsvoorzieningen, nanofarmaceutica beginnen hun vermogen aan te tonen om de medicijnen direct in de tumor te plaatsen, waar ze het meeste goed zullen doen, in plaats van ze vrij in het lichaam te laten rondlopen. Een medicijn zit vast aan een nanodeeltje, dat is vaak een klein bolletje. Om het in perspectief te plaatsen, een nanometer is een miljardste van een meter; de breedte van een enkele haarlok is ongeveer 10, 000 nanometer. Het nanodeeltje is klein genoeg om door bloedvaten en in een tumor te stromen, waar het deeltje dissocieert, en het medicijn komt vrij. Uiteindelijk, het doel van nanogeneeskunde is dat het enige deel van het lichaam dat door het medicijn wordt aangetast, de tumor is, het gebied van behoefte.

McNeil's Nanotechnology Characterization Lab werd in 2004 opgericht in samenwerking met de Food and Drug Administration en het National Institute of Standards and Technology. Er is één ding dat het lab niet doet:nanotechnologische medicijnen ontwikkelen. In plaats daarvan, onderzoekers daar - variërend in expertise van kankerbiologie en toxicologie tot scheikunde, immunologie, en natuurkunde - help onderzoekers van over de hele wereld om de best mogelijke medicijnen te maken. "We helpen onderzoekers om van proof of concept te komen, waar ze enkele tientallen milligrammen materiaal genereren en in klinische proeven komen, waar ze kilo's materiaal nodig hebben, "zegt McNeil. "Dat translationeel onderzoek, zoals we het noemen, is absoluut relevant om in klinische proeven te komen."

De meerderheid van de wetenschappers die hulp van de NCL aanvragen, zoeken goedkeuring van de FDA voor hun nanotech-medicijnen, maar ze hebben niet de middelen om hun formule te optimaliseren. De NCL kan daarbij helpen. "We helpen ze te begrijpen wat er bij hun deeltje betrokken is, omdat ze niet de tools hebben die we moeten kunnen karakteriseren, "zegt McNeil. "Ze hebben er misschien een mooie foto of cartoon van, maar totdat ze onze elektronenmicrofoto's zien, ze weten niet hoe het eruit ziet."

Het Nanotechnology Characterization Lab heeft twee doelen. Nadat een molecuul de testcascade van de NCL heeft doorlopen, die bestaat uit een reeks tests die de preklinische toxicologie evalueren, farmacologie, en werkzaamheid van nanodeeltjes, het NCL kan een evaluatie aanbieden. "De onderzoeker heeft $ 40 miljoen dollar nodig om in fase 2-onderzoeken te komen. Onderzoekers moeten de investering rechtvaardigen. We helpen hen gegevens te genereren die ze nodig hebben om hun werk voort te zetten en dan dienen we als een evaluatie door een derde partij." Dat is cruciaal, McNeil zegt, voor een onderzoeker die financiering zoekt. "Een durfkapitaalbedrijf kan naar ons toe komen en zeggen:'We zullen, wat vind je hier echt van? Laten we uw gegevens bekijken, en het uitleggen en verdedigen.' We, blijkbaar, kan het niet onderschrijven, maar we kunnen de gegevens bespreken in de context van wat ze proberen te doen. Dat weegt echt zwaar."

Beschouw het voorbeeld van Abraxane (paclitaxel), die in 2005 door de FDA werd goedgekeurd voor gebruik. Abraxane, een variabel toxisch maar veel voorgeschreven kankermedicijn, is verbeterd door het te hechten aan een nanodeeltje, waardoor een nieuwe, gerichte behandeling. "Vanwege de grootte en de binding aan een andere receptor, dat medicijn heeft nu een verminderde toxiciteit in vergelijking met het vorige medicijn. Voor de nanodeeltjes-Abraxane-conjugaat is de toxiciteit zeer marginaal, in ieder geval voor immunotoxiciteit en overgevoeligheid, ', zegt McNeil.

Sinds 2005, het Nanotechnology Characterization Lab heeft bijna 300 verschillende deeltjes gekarakteriseerd. Zes van hen zijn in klinische studies. "Afhankelijk van uit welke gemeenschap je komt, of dat is een geweldige verhouding of dat is een slechte verhouding, " legt McNeil uit. "We zien het als een super geweldige verhouding. Een farmaceutisch bedrijf kan honderdduizenden verschillende medicijnen maken en slechts ongeveer één op de 100, 000 krijgt in klinische proeven."

De plaats van nanotechnologie in het arsenaal voor kankerbehandeling lijkt ook veilig. Een nieuw rapport van Infiniti Research Limited, een marktonderzoeksbureau gespecialiseerd in farmaceutica en gezondheidszorg, voorspelt dat de markt voor de levering van nanotechnologie op schema ligt om binnen de komende vijf jaar te verdubbelen.