Omid Farokhzads visie op de toekomst van de geneeskunde lijkt veel op sciencefiction. Hij ziet geneeskunde verkleind, waarbij verdwijnend kleine nanodeeltjes een grote rol spelen, het rechtstreeks afleveren van medicijndoses gemeten in moleculen aan kankertumoren.

Hij ziet "theranostische" deeltjes die niet alleen nanotherapie leveren, maar ook diagnostische beelden van veranderende tumorcellen terugstralen. Hij ziet 'slimme' nanodeeltjes die kleine doses medicijnen afgeven, zoals insuline, als reactie op lichaamscondities, zoals het veranderen van de bloedsuikerspiegel.

Farokhzad ziet op nanodeeltjes gebaseerde vaccins die het plezier uit roken kunnen halen en allergieën kunnen omkeren, en de ontwikkeling van therapeutische nanodeeltjes die oraal kunnen worden ingenomen in plaats van geïnjecteerd, het openen van geheel nieuwe klassen medicijnen, zoals cholesterolverlagende statines, tot nanodeeltjestherapie.

Een universitair hoofddocent anesthesie aan de Harvard Medical School (HMS) en het aan Harvard gelieerde Brigham and Women's Hospital (BWH), Farokhzad ziet deze dingen omdat hij ze helpt werkelijkheid te worden. Van de zeven gerichte kandidaat-geneesmiddelen op basis van nanodeeltjes die momenteel in proeven bij mensen worden uitgevoerd, twee zijn gebaseerd op technologieën die deels in zijn laboratorium zijn ontwikkeld.

"Ik denk dat het medicijn dat mijn eigen kinderen in de komende 30 tot 40 jaar zullen zien, heel anders zal zijn dan wat we vandaag beoefenen, " zei Farokhzad, de directeur van het Brigham's Laboratory of Nanomedicine and Biomaterials. "Gerichte therapieën zullen de steunpilaar van de behandeling zijn voor bijna alle ziekten."

Nanodeeltjes zijn capsules op moleculaire schaal die kleine nuttige ladingen kunnen leveren, zoals medicijnen tegen kanker, in het lichaam. Een veelgebruikte methode maakt gebruik van vetmoleculen om de deeltjes te creëren, die de medicijnen binnenin vrijgeven wanneer het vet afbreekt. Farokhzad, voortbouwend op het werk van wetenschapper Robert Langer van het Massachusetts Institute of Technology, heeft nanodeeltjes met gecontroleerde afgifte ontwikkeld die zijn gemaakt van polymeren in plaats van vet. Deze zijn beter bestand tegen afbraak en geven zo medicijnen af ​​gedurende langere perioden.

Als de ziekte je niet doodt...

Het gebruik van een nanodeeltje met gecontroleerde afgifte in therapie heeft verschillende voordelen ten opzichte van conventionele medicijnafgifte, zei Farokhzad. Deeltjes met moleculen die aan de buitenkant van kankercellen binden, kunnen zich richten op een tumorcel en medicijnen direct afgeven aan de maligniteit. In aanvulling, de verlengde overleving van de deeltjes in de bloedbaan verlengt de blootstelling van de tumorcellen aan het geneesmiddel tegen kanker, het leveren van een grotere cumulatieve dosis aan de tumor, zelfs terwijl de toxiciteit voor de rest van het lichaam wordt verlaagd.

Bij traditionele chemotherapie, bijvoorbeeld, artsen blazen het hele lichaam van een patiënt op met chemicaliën in een poging tumorcellen te doden. Bijna alle medicijnen echter - meer dan 99 procent, Farokhzad zei - mist de tumor volledig. In plaats daarvan, de zeer giftige chemicaliën raken andere organen en weefsels, artsen dwingen tot een hoogdravende daad die tumordodende effectiviteit en toxiciteit in evenwicht houdt, wat kan leiden tot een reeks bijwerkingen, en zelfs de patiënt doden.

In aanvulling, Farokhzad zei, de traditionele chemo-infusie resulteert in een kortdurende puls waarin de tumor het grootste deel van het medicijn ziet. Concentraties dalen dan meestal snel als het lichaam de chemische stof opruimt.

Bij therapie met gecontroleerde afgifte, de concentratie nanodeeltjes is ook het hoogst in het bloed direct na infusie, maar omdat het medicijn langzamer uit de deeltjes vrijkomt, de piekconcentratie - en de hoogste toxiciteit - is lager, het afzwakken van ongewenste bijwerkingen.

Op de plaats van de tumor, het tegenovergestelde gebeurt. Het vermogen van de nanodeeltjes om zich op tumorcellen te hechten, levert op elk moment tussen de vijf en tien keer de dosis van traditionele chemotherapie op. En omdat deeltjes langer in het bloed circuleren, de blootstelling van de tumor is ook langer.

"Een tumor ziet een aanzienlijk verhoogde medicijnconcentratie vergeleken met het medicijn dat in conventionele vorm wordt gegeven en de rest van het lichaam ziet ongeveer hetzelfde niveau van het medicijn, " zei Farokhzad. "[Maar] het wordt in de loop van de tijd veel zachter afgeleverd."

Twee mogelijke therapieën op basis van werk in het laboratorium van Farokhzad worden getest op mensen. De eerste, BIND-014, maakt gebruik van gerichte nanotherapie voor long- en prostaattumoren. Het kandidaat-geneesmiddel heeft onlangs fase 1-onderzoeken doorstaan, die gericht zijn op de veiligheid van een geneesmiddel, en ging fase 2-onderzoeken in, die de effectiviteit van de therapie meten. Farokhzad zei dat het moleculaire doelwit op de prostaatkankercel ook wordt gevonden op de cellen van tumorbloedvaten, waardoor de therapie mogelijk bredere kankerbestrijdende toepassingen krijgt.

De tweede therapie, die zich in fase 1-onderzoeken bevindt, is een vaccin tegen nicotine-nanodeeltjes, bedoeld om rokers te helpen stoppen en terugval te voorkomen voor degenen die dat hebben gedaan. Het vaccin werkt door het immuunsysteem gevoelig te maken voor nicotine, een klein molecuul dat normaal gesproken aan het immuunsysteem ontsnapt op weg naar de pleziercentra van de hersenen. Het vaccin maakt nicotine zichtbaar voor het immuunsysteem, het uit het lichaam verwijderen en het aangename gevoel dat het veroorzaakt wegnemen.

De proeven worden uitgevoerd door twee van de drie bedrijven die Farokhzad sinds 2007 heeft opgericht. De eerste, Bind Therapeutica, werd opgericht om de vroege belofte van gerichte nanodeeltjes voor de behandeling van kanker te ontwikkelen. De seconde, Selecta Biowetenschappen, werd op dezelfde manier opgericht om de ontwikkeling van vaccins op basis van nanodeeltjes voort te zetten. Het derde bedrijf, Blend therapieën, ontwerpt medicijnmoleculen die vanaf het begin zijn geoptimaliseerd om met nanodeeltjes te werken om infectieziekten aan te pakken, ontsteking, pijn, en kanker.

De "who cares"-test halen

Farokhzad, die zijn MD behaalde aan de Boston University, werd aangetrokken door nanodeeltjesonderzoek tijdens zijn residentie bij BWH. Naast zijn klinische taken, hij deed onderzoek naar de transcriptiefactoren die de expressie reguleren van genen die betrokken zijn bij myeloïde differentiatie, maar hij was op zoek naar een project dat op korte termijn het leven van patiënten die hij elke dag in de kliniek zag, zou kunnen verbeteren.

"Ik deed gewoon een stap achteruit... en keek naar het grote geheel. Als ik alles goed deed en de transcriptionele regulatie van deze genen begreep, wiens leven zou het veranderen? Aan het einde van de dag, slaagt het voor de 'who cares'-test?" zei Farokhzad. "Ik wilde dingen die een menselijke toepassing hadden, een innovatie op de bank die naar het bed zou kunnen gaan."

Farokhzad hoorde over Langer, die het grootste biomedische technische laboratorium ter wereld runt en baanbrekend werk heeft verricht op het gebied van weefseltechnologie en medicijnafgiftesystemen, inclusief duurzame nanodeeltjes. Hij nam contact op met Langer, die ermee instemde hem als postdoc aan te nemen.

Farokhzad onderzocht het creëren van nanodeeltjes met nucleïnezuren op hun oppervlak die binden aan specifieke plaatsen op kankercellen, als een sleutel die in een slot past, zoals hij het beschreef. In 2004, hij toonde aan dat de techniek werkte op cellen in een laboratoriumschaal en, een jaar later, hield een lezing op een internationale kankerconferentie in Parijs waarin experimenten werden beschreven die aantoonden dat de techniek bij dieren werkte.

"Ik dacht dat als er een manier was om ruimtelijk te controleren welke weefsels meer van het medicijn zagen, het zou een paradigmaverschuiving zijn, ' zei Farokhzad.

De reactie was onmiddellijk. Conferentieorganisatoren kozen zijn werk als een van de weinige bevindingen die ze uit de conferentie promootten, en de media-aandacht trok durfkapitalisten die de volgende grote ontdekking wilden financieren.

Farokhzad, die in 2004 het laboratorium van Langer had verlaten om zijn eigen laboratorium te beginnen in de Brigham, wendde zich tot Langer, die hij kende had verschillende bedrijven gestart. Samen, de twee medeoprichters van Bind Therapeutics.

"Hij bracht het helemaal naar een enorm nieuw niveau, " Langer zei over Farokhzad's ontwikkeling van eerder onderzoek naar nanodeeltjes. "Omid is gepassioneerd over het doen van ontdekkingen in nieuwe producten die het leven van mensen kunnen helpen."

Farokhzad nam niet alleen van Langer's lab een interesse in nanodeeltjes, hij nam ook Langers opvatting over dat de particuliere industrie een essentiële partner is om ontdekkingen naar de patiënt te brengen.

"Mijn filosofie was:'Hoe krijg je deze dingen aan het publiek?' Ons lab is redelijk groot en doet het redelijk goed in subsidies, maar je kunt maar zo ver gaan in wat je van studenten verwacht, "Zei Langer. "Deze bedrijven bieden een geweldig voertuig om deze ideeën van het laboratorium naar de kliniek te brengen."

Hulpmiddelen om de benodigde medicijnen af ​​te leveren

Vandaag, Het laboratorium van Farokhzad beslaat een hele verdieping plus een deel van een andere in het Brigham's Medical Research Building in de Longwood Medical Area in Boston. De 30 onderzoekers, inclusief fellows en studenten, manieren onderzoeken om nanodeeltjes te maken met nieuwe eigenschappen die ze nuttig kunnen maken in therapie. Een van zijn oude kameraden, Jinjun Shi, heeft een aanstelling gekregen als universitair docent anesthesie en gaat naar boven om zijn eigen lab te openen.

nanodeeltjes, Farokhzad zei, kan worden ontworpen om meer te doen dan alleen specifieke cellen te targeten. Ze kunnen flexibel worden gebruikt om een ​​willekeurig aantal therapeutische uitdagingen te beantwoorden, het elimineren van de noodzaak om verbindingen te vinden die op zichzelf zowel effectieve therapieën als effectieve toedieningssystemen in het lichaam zijn.

Een recent streven was om een ​​nanodeeltje te ontwikkelen zonder gebruik te maken van organische oplosmiddelen, omdat de oplosmiddelen reageren met sommige soorten therapeutische medicijnen. door ze af te breken voordat ze in de bloedbaan kunnen komen. nog een poging, in samenwerking met Langer en Richard Blumberg, een professor in de geneeskunde aan de HMS en de Brigham, is geweest om een ​​deeltje te ontwikkelen dat oraal kan worden ingenomen. Het proces bootst het natuurlijke proces na waardoor baby's de antilichamen krijgen die hen hun eerste bescherming geven bij het betreden van de wereld. De baby's nemen de antistoffen op in de moedermelk, en de antilichamen passeren de darm/bloedbarrière om ze immuunbescherming te geven. Wanneer nanodeeltjes aan antilichamen worden gehecht, ze kunnen meeliften in de bloedbaan door een barrière die ze alleen niet kunnen passeren.

"Als orale toediening van biologische geneesmiddelen zo moeilijk is, waarom doen baby's het zo effectief?" vroeg Farokhzad.

Dit verhaal is gepubliceerd met dank aan de Harvard Gazette, De officiële krant van Harvard University. Voor aanvullend universiteitsnieuws, bezoek Harvard.edu.