(Phys.org) — Duitse onderzoekers hebben een schema ontwikkeld voor de bereiding van nanodeeltjes die een zeer veelzijdig systeem bieden voor gerichte medicijnafgifte rechtstreeks in diverse soorten tumorcellen.

Nanodeeltjes hebben afmetingen van enkele miljoenste millimeters, en zijn dus klein genoeg om cellen te veroveren. Deze eigenschap opent nieuwe kansen in de strijd tegen kanker, die momenteel het onderwerp zijn van intensief onderzoek. Een LMU-team onder leiding van professor Christoph Bräuchle en professor Thomas Bein heeft nu een zeer aanpasbaar platform ontwikkeld voor de productie van nanodeeltjes die kunnen worden gebruikt als "nanoferries" voor de gerichte levering van een reeks geneesmiddelenladingen aan verschillende soorten kankercellen. Het systeem wordt beschreven in een artikel dat zojuist in het tijdschrift is verschenen Nano-letters .

Bovenal, de nieuwe aanpak maakt het mogelijk om op maat ontworpen nanodeeltjes te fabriceren voor bepaalde taken. "De deeltjes kunnen gemakkelijk worden geladen met een verscheidenheid aan chemische middelen en worden uitgerust met labels die worden herkend door specifieke celtypen. ze binden zich specifiek aan bepaalde kankercellen en geven hun lading pas vrij na opname door de cel, " zegt Christoph Bräuchle die, zoals zijn medewerker Thomas Bein, is lid van het Nanosystems Initiative München (NIM), een cluster van uitmuntendheid. Het systeem biedt dus een middel om geneesmiddelen tegen kanker rechtstreeks en specifiek in tumorcellen te transporteren.

Het gebruik van dergelijke nanodeeltjes als bestelauto's zorgt ervoor dat hun lading alleen in de beoogde cellen effect heeft. De verbindingen die bij kankerchemotherapie worden gebruikt, zijn vaak zeer giftig voor veel celtypen, dus targeting is cruciaal als men collaterale schade aan gezonde omstanderscellen wil minimaliseren. Efficiënte targeting verlaagt dus aanzienlijk het risico op ernstige bijwerkingen, terwijl de dosis die nodig is voor een zinvolle klinische respons kan worden verlaagd.

Intelligente vrachtsystemen

Intelligente nanodeeltjes die in staat zijn tot gerichte medicijnafgifte, moeten aan een aantal criteria voldoen. Ze moeten een hoge laadcapaciteit hebben, en ze hebben een envelop nodig die compatibel is met biologische membranen en die liganden kan presenteren die aan specifieke receptoren op doelcellen binden. Zodra de deeltjes de cel zijn binnengekomen, ze moeten door een soort signaal worden gestimuleerd om hun chemische lading vrij te geven. "Het is buitengewoon moeilijk om een ​​deeltje te ontwerpen dat aan al deze criteria tegelijk voldoet. Maar we hebben nu een systeem ontwikkeld dat, in principe, dit doel bereikt, en biedt een algemeen toepasbaar platform dat compatibel is met verschillende ladingen en doelcellen, ' zegt Thomas Bein.

Het systeem is gebaseerd op nanodeeltjes van mesoporeus siliciumdioxide, die veilig biologisch kan worden afgebroken en waarvan de poriën een groot opslagvolume voor lading bieden. Een fotosensibilisator is bevestigd aan het deeltjesoppervlak, en de medicijnlading wordt in de poriën geladen. Elk deeltje wordt vervolgens ingesloten in een lipide dubbellaag vergelijkbaar met het plasmamembraan van een typische cel. Een ligand dat wordt herkend door receptoren die op specifieke soorten kankercellen worden gevonden, wordt vervolgens in de dubbellaag ingebracht. In het nieuwe werk het team testte liganden die specifiek zijn voor hepatoom- of baarmoederhalskankercellen. De activering van de fotosensitizer met rood licht leidt tot het uiteenvallen van de lipide-envelop en dus tot het vrijkomen van lading.

"Dat de fotosensitizer reageert op rood in plaats van het blauwe licht dat in eerdere experimenten werd gebruikt, is een belangrijke vooruitgang. Rood licht is minder giftig voor cellen en dringt dieper door in weefsels, " zegt Veronika Weiss, wiens bijdrage aan het onderzoek deel zal uitmaken van haar proefschrift. Haar collega Alexandra Schmidt voegt eraan toe:"Een ander kritiek punt is dat de fotosensibilisator rechtstreeks aan de medicijndrager is gebonden, zodat de effecten ervan zijn gelokaliseerd in de directe omgeving van het nanodeeltje zelf, en hebben geen destructieve invloed op grotere delen van het celinterieur."

De nieuwe studie is een volgende stap voor een zeer succesvolle samenwerking op lange termijn. In 2010, dezelfde samenwerking ontwikkelde de basismethode voor het activeren van het vrijkomen van lading uit nanodeeltjes na hun opname door doelcellen.