Het afleveren van chemotherapiemedicijnen in de vorm van nanodeeltjes kan de bijwerkingen helpen verminderen door de medicijnen rechtstreeks op de tumoren te richten. In recente jaren, wetenschappers hebben nanodeeltjes ontwikkeld die een of twee chemotherapiemedicijnen afgeven, maar het was moeilijk om deeltjes te ontwerpen die meer dan dat in een precieze verhouding kunnen dragen.

Nu hebben MIT-chemici een nieuwe manier bedacht om dergelijke nanodeeltjes te bouwen, waardoor het veel gemakkelijker wordt om drie of meer verschillende medicijnen toe te voegen. In een paper gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society , de onderzoekers toonden aan dat ze hun deeltjes konden laden met drie medicijnen die vaak worden gebruikt om eierstokkanker te behandelen.

"We denken dat dit het eerste voorbeeld is van een nanodeeltje dat een precieze verhouding van drie medicijnen bevat en die medicijnen kan afgeven als reactie op drie verschillende triggermechanismen, " zegt Jeremia Johnson, een assistent-professor scheikunde aan het MIT en de senior auteur van het nieuwe artikel.

Dergelijke deeltjes zouden kunnen worden ontworpen om nog meer drugs te vervoeren, waardoor onderzoekers nieuwe behandelingsregimes kunnen ontwikkelen die kankercellen beter kunnen doden en tegelijkertijd de bijwerkingen van traditionele chemotherapie kunnen vermijden. In de JACS papier, Johnson en collega's toonden aan dat de triple-threat nanodeeltjes eierstokkankercellen effectiever kunnen doden dan deeltjes die slechts één of twee medicijnen bevatten, en ze zijn begonnen met het testen van de deeltjes tegen tumoren bij dieren.

Longyan Liao, een postdoc in het laboratorium van Johnson, is de hoofdauteur van de krant.

De stukjes in elkaar zetten

De nieuwe benadering van Johnson overwint de inherente beperkingen van de twee methoden die het vaakst worden gebruikt om nanodeeltjes te produceren die medicijnen afleveren:het inkapselen van kleine medicijnmoleculen in de deeltjes of het chemisch aan het deeltje hechten. Met beide technieken de reacties die nodig zijn om de deeltjes te assembleren worden steeds moeilijker met elk nieuw medicijn dat wordt toegevoegd.

Het combineren van deze twee benaderingen - één medicijn inkapselen in een deeltje en een andere aan het oppervlak hechten - heeft enig succes gehad, maar is nog steeds beperkt tot twee geneesmiddelen.

Johnson wilde een nieuw type deeltje maken dat deze beperkingen zou overwinnen, waardoor het laden van een willekeurig aantal verschillende medicijnen. In plaats van het deeltje te bouwen en vervolgens medicijnmoleculen te bevestigen, hij creëerde bouwstenen die het medicijn al bevatten. Deze bouwstenen kunnen worden samengevoegd in een zeer specifieke structuur, en de onderzoekers kunnen precies bepalen hoeveel van elk medicijn is inbegrepen.

Elke bouwsteen bestaat uit drie componenten:het medicijnmolecuul, een koppeleenheid die verbinding kan maken met andere blokken, en een keten van polyethyleenglycol (PEG), die helpt het deeltje te beschermen tegen afbraak in het lichaam. Honderden van deze blokken kunnen worden gekoppeld met behulp van een aanpak die Johnson heeft ontwikkeld, genaamd "brush first polymerization."

"Dit is een nieuwe manier om de deeltjes vanaf het begin te bouwen, "zegt Johnson. "Als ik een deeltje met vijf medicijnen wil, Ik neem gewoon de vijf bouwstenen die ik wil en laat die samenvoegen tot een deeltje. In principe, er is geen beperking op het aantal medicijnen dat u kunt toevoegen, en de verhouding van medicijnen die door de deeltjes worden gedragen, hangt gewoon af van hoe ze in het begin met elkaar worden gemengd."

Wisselende combinaties

Voor dit papier de onderzoekers creëerden deeltjes die de medicijnen cisplatine dragen, doxorubicine, en camptothecine, die vaak alleen of in combinatie worden gebruikt om eierstokkanker te behandelen.

Elk deeltje draagt ​​de drie medicijnen in een specifieke verhouding die overeenkomt met de maximaal getolereerde dosis van elk medicijn, en elk medicijn heeft zijn eigen afgiftemechanisme. Cisplatine komt vrij zodra het deeltje een cel binnenkomt, als de bindingen die het aan het deeltje houden afbreken bij blootstelling aan glutathion, een antioxidant aanwezig in cellen. Camptothecine komt ook snel vrij wanneer het cellulaire enzymen tegenkomt die esterasen worden genoemd.

Het derde medicijn, doxorubicine, is zo ontworpen dat het alleen vrijkomt als er ultraviolet licht op het deeltje schijnt. Zodra alle drie de medicijnen zijn vrijgegeven, het enige dat achterblijft is PEG, die gemakkelijk biologisch afbreekbaar is.

Deze aanpak "vertegenwoordigt een slimme nieuwe doorbraak in de afgifte van meerdere geneesmiddelen door de gelijktijdige opname van verschillende geneesmiddelen, door verschillende chemie, binnen hetzelfde ... platform, " zegt Todd Emrick, een professor in polymeerwetenschap en -techniek aan de Universiteit van Massachusetts in Amherst, die niet betrokken was bij het onderzoek.

Werken met onderzoekers in het lab van Paula Hammond, de David H. Koch Professor of Engineering en een lid van MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research, het team testte de deeltjes tegen eierstokkankercellen die in het laboratorium werden gekweekt. Deeltjes die alle drie de medicijnen bevatten, doodden de kankercellen in een hoger tempo dan die welke slechts één of twee medicijnen afleverden.

Johnson's lab werkt nu aan deeltjes die vier medicijnen bevatten, en de onderzoekers zijn ook van plan om de deeltjes te labelen met moleculen waarmee ze tumorcellen kunnen huisvesten door te interageren met eiwitten die op de celoppervlakken worden gevonden.

Johnson voorziet ook dat het vermogen om op betrouwbare wijze grote hoeveelheden multidrug-dragende nanodeeltjes te produceren, grootschalige testen van mogelijke nieuwe kankerbehandelingen mogelijk zal maken. "Het is belangrijk om snel en efficiënt deeltjes te kunnen maken met verschillende verhoudingen van meerdere medicijnen, zodat u ze kunt testen op hun activiteit, "zegt hij. "We kunnen niet slechts één deeltje maken, we moeten verschillende verhoudingen kunnen maken, wat onze methode gemakkelijk kan doen."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.