Geneesmiddelen die door nanodeeltjes worden geleverd, zijn veelbelovend voor een gerichte behandeling van veel ziekten, waaronder kanker. Echter, de deeltjes moeten in patiënten worden geïnjecteerd, die hun bruikbaarheid tot dusver hebben beperkt.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van MIT en Brigham and Women's Hospital (BWH) hebben een nieuw type nanodeeltje ontwikkeld dat oraal kan worden toegediend en via het spijsverteringskanaal kan worden opgenomen, waardoor patiënten eenvoudig een pil kunnen nemen in plaats van injecties te krijgen.

In een artikel dat verschijnt in de online editie van 27 november van: Wetenschap Translationele geneeskunde , de onderzoekers gebruikten de deeltjes om orale toediening van insuline bij muizen aan te tonen, maar ze zeggen dat de deeltjes kunnen worden gebruikt om elk soort medicijn te dragen dat kan worden ingekapseld in een nanodeeltje. De nieuwe nanodeeltjes zijn gecoat met antilichamen die fungeren als een sleutel om receptoren te ontgrendelen die worden gevonden op de oppervlakken van cellen die de darm bekleden, waardoor de nanodeeltjes door de darmwanden kunnen breken en in de bloedbaan terecht kunnen komen.

Dit type medicijnafgifte zou vooral nuttig kunnen zijn bij het ontwikkelen van nieuwe behandelingen voor aandoeningen zoals hoog cholesterol of artritis. Patiënten met deze ziekten zouden veel meer geneigd zijn om regelmatig pillen te slikken dan om regelmatig naar de dokter te gaan om injecties met nanodeeltjes te krijgen, zeggen de onderzoekers.

"Als je een patiënt was en je had een keuze, er is gewoon geen twijfel:patiënten zouden altijd de voorkeur geven aan medicijnen die ze oraal kunnen innemen, " zegt Robert Langer, de David H. Koch Institute Professor aan het MIT, een lid van MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research, en een auteur van de Wetenschap Translationele geneeskunde papier.

Hoofdauteurs van het artikel zijn voormalig MIT-student Eric Pridgen en voormalig BWH-postdoc Frank Alexis, en de senior auteur is Omid Farokhzad, directeur van het Laboratorium voor Nanogeneeskunde en Biomaterialen bij BWH. Andere auteurs zijn Timothy Kuo, een gastro-enteroloog bij BWH; Etgar Levy-Nissenbaum, een voormalig BWH-postdoc; Rohit Karnik, een MIT universitair hoofddocent werktuigbouwkunde; en Richard Blumberg, co-directeur van BWH's Biomedical Research Institute.

Geen injecties meer

Verschillende soorten nanodeeltjes die chemotherapiemedicijnen of kort interfererend RNA dragen, die geselecteerde genen kan uitschakelen, zijn nu in klinische proeven om kanker en andere ziekten te behandelen. Deze deeltjes maken misbruik van het feit dat tumoren en andere zieke weefsels omgeven zijn door lekkende bloedvaten. Nadat de deeltjes intraveneus in patiënten zijn geïnjecteerd, ze sijpelen door die lekkende vaten en laten hun lading los op de tumorplaats.

Voor orale inname van nanodeeltjes, ze moeten door de darmwand kunnen, die is gemaakt van een laag epitheelcellen die samenkomen om ondoordringbare barrières te vormen die tight junctions worden genoemd.

"De belangrijkste uitdaging is hoe je een nanodeeltje door deze barrière van cellen kunt laten komen. Wanneer cellen een barrière willen vormen, ze maken deze aanhechtingen van cel tot cel, analoog aan een bakstenen muur waar de stenen de cellen zijn en de mortel de bijlagen, en niets kan die muur binnendringen, ' zegt Farokhzad.

Onderzoekers hebben eerder geprobeerd deze muur te doorbreken door de nauwe kruispunten tijdelijk te verstoren, drugs doorlaten. Echter, deze aanpak kan ongewenste neveneffecten hebben, want wanneer de barrières worden doorbroken, schadelijke bacteriën kunnen er ook doorheen.

Om nanodeeltjes te bouwen die selectief door de barrière kunnen breken, de onderzoekers maakten gebruik van eerder werk dat onthulde hoe baby's antilichamen uit de moedermelk absorberen, hun eigen immuunsysteem versterken. Die antilichamen grijpen naar een receptor op het celoppervlak, de FcRN, waardoor ze via de cellen van de darmwand toegang krijgen tot aangrenzende bloedvaten.

De onderzoekers bedekten hun nanodeeltjes met Fc-eiwitten - het deel van het antilichaam dat bindt aan de FcRN-receptor, die ook in volwassen darmcellen wordt aangetroffen. De nanodeeltjes, gemaakt van een biocompatibel polymeer genaamd PLA-PEG, kan een grote lading drugs vervoeren, zoals insuline, in hun kern.

Nadat de deeltjes zijn ingenomen, de Fc-eiwitten grijpen naar het FcRN in de darmwand en komen binnen, bringing the entire nanoparticle along with them.

"It illustrates a very general concept where we can use these receptors to traffic nanoparticles that could contain pretty much anything. Any molecule that has difficulty crossing the barrier could be loaded in the nanoparticle and trafficked across, " Karnik says.

Breaking through barriers

In dit onderzoek, the researchers demonstrated oral delivery of insulin in mice. Nanoparticles coated with Fc proteins reached the bloodstream 11-fold more efficiently than equivalent nanoparticles without the coating. Verder, the amount of insulin delivered was large enough to lower the mice's blood sugar levels.

The researchers now hope to apply the same principles to designing nanoparticles that can cross other barriers, such as the blood-brain barrier, which prevents many drugs from reaching the brain.

"If you can penetrate the mucosa in the intestine, maybe next you can penetrate the mucosa in the lungs, maybe the blood-brain barrier, maybe the placental barrier, " Farokhzad says.

They are also working on optimizing drug release from the nanoparticles in preparation for further animal tests, either with insulin or other drugs.