(Phys.org) —Onderzoekers hebben een concept ontwikkeld om de levering van geneesmiddelen voor de behandeling van kanker mogelijk te verbeteren met behulp van nanodeeltjes die zich concentreren en uitbreiden in de aanwezigheid van hogere zuurgraad in tumorcellen.

Het concept omvat het gebruik van nanodeeltjes gemaakt van "zwakke polybasen, " verbindingen die uitzetten wanneer ze worden getransporteerd naar omgevingen die tumorcellen nabootsen, die een hogere zuurgraad hebben dan de omliggende weefsels. De onderzoekers gebruikten geavanceerde modellering om te laten zien hoe de deeltjes zich zouden ophopen in gebieden met een hogere zuurgraad en daar lang genoeg zouden blijven om geneesmiddelen tegen kanker af te geven.

"Dit fenomeen, die we pH-forese noemen, kan een nuttig mechanisme bieden voor het verbeteren van de afgifte van medicijnen aan kankercellen in solide tumorweefsels, " zei You-Yeon Won, een universitair hoofddocent chemische technologie aan de Purdue University.

Oplossingen met een pH lager dan 7 zijn zuur, en die met een hogere pH zijn basisch of alkalisch. Het concept van pH-forese hangt af van het gebruik van synthetische "polymeermicellen, " kleine medicijnafgiftebolletjes die medicijnen in hun binnenste kern herbergen en een buitenste schil bevatten die is gemaakt van een materiaal waarvan is aangetoond dat het dramatisch uitzet als de pH verandert van alkalisch naar zuur.

Een tweevoudige toename van de grootte zou kunnen resulteren in een vergelijkbare toename van de efficiëntie van medicijnafgifte aan tumoren.

"Zo'n effect zou een game changer zijn door de juiste dosis antikankergeneesmiddelen in tumorcellen af ​​te geven, Won zei. "Dit concept van pH-forese kan ook gemakkelijk worden gecombineerd met andere gevestigde methoden voor medicijnafgifte, waardoor het potentieel praktisch is voor medische toepassing."

Het concept wordt beschreven in een onderzoekspaper dat zal verschijnen in de Tijdschrift voor gecontroleerde afgifte op 15 juli, en een onbewerkte versie verscheen op 19 juni online. De paper is geschreven door Won en promovendus Hoyoung Lee. Bevindingen toonden aan hoe de expansie van de micellen wordt geoptimaliseerd in de specifieke pH in tumorcellen.

De onderzoekers toonden aan dat de hoogste mate van micelzwelling in tumoren moet optreden bij een pH van ongeveer 7,0, plus of min 0,5, voor optimale afgifte van medicijnen aan tumorweefsel.

"Vaste tumoren hebben een significant lagere extracellulaire pH, ongeveer 6.5-6.8, vergeleken met normaal weefsel, met een gemiddelde pH van 7,4, ' zei Won.

De zwakke polybasen in de micellen bevatten moleculen die amines worden genoemd, die zijn gemaakt van stikstof- en waterstofatomen. De micellen zwellen op bij een lagere pH door de verhoogde "protonering, " of de toevoeging van protonen aan stikstofatomen in de amines. Omdat de protonen positief geladen zijn, de gelijkgeladen aminen stoten elkaar af, waardoor de nanodeeltjes uitzetten.

De positieve lading vertraagt ​​de beweging van micellen uit tumorweefsel, waardoor de nanodeeltjes zich lang genoeg in de tumormassa ophopen om tumorcellen binnen te gaan en geneesmiddelen tegen kanker vrij te maken.

"Dit concept is eenvoudig te begrijpen, maar niemand herkende het eerder, ' zei Won. 'En het kostte ons een tijdje om deze beschrijving op een wiskundige basis te zetten. Om dat te doen, we moesten de beroemde diffusievergelijking van de eerste wet van Fick aanpassen."

De wet, afgeleid door arts en fysioloog Adolf Fick in 1855, beschrijft hoe moleculen diffunderen van gebieden met een hoge concentratie naar gebieden met een lage concentratie.

De micellen zijn ook bedekt met een beschermende vernis zodat ze lang genoeg intact kunnen blijven om tumorplaatsen te bereiken, waar ze zouden uitzetten en vervolgens biologisch afbreken.

Er is meer onderzoek nodig om te bepalen hoe goed de aanpak de medicijnafgifte kan verbeteren, maar het door Won en zijn student ontwikkelde pH-foreseconcept vertegenwoordigt een stap in de ontwikkeling van nanomedicinetechnieken voor medicijnafgifte, hij zei.