Kit Lam en collega's van UC Davis en andere instellingen hebben dynamische nanodeeltjes (NP's) gecreëerd die een arsenaal aan toepassingen kunnen bieden om kanker te diagnosticeren en te behandelen. Gebouwd op een gemakkelijk te maken polymeer, deze deeltjes kunnen worden gebruikt als contrastmiddelen om tumoren op te lichten voor MRI- en PET-scans of om chemo en andere therapieën toe te dienen om tumoren te vernietigen. In aanvulling, de deeltjes zijn biocompatibel en vertonen geen toxiciteit. De studie is vandaag online gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

"Dit zijn verbazingwekkend bruikbare deeltjes, " merkte mede-eerste auteur Yuanpei Li op, een onderzoeksfaculteitslid in het Lam-laboratorium. "Als contrastmiddel, ze maken tumoren gemakkelijker te zien op MRI en andere scans. We kunnen ze ook gebruiken als vehikels om chemotherapie rechtstreeks aan tumoren toe te dienen; gebruik licht om de nanodeeltjes singlet-zuurstof af te laten geven (fotodynamische therapie) of gebruik een laser om ze te verwarmen (fotothermische therapie) - allemaal bewezen manieren om tumoren te vernietigen."

Jessica Tucker, programmadirecteur van Drug and Gene Delivery and Devices bij het National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, dat deel uitmaakt van de National Institutes of Health, zei dat de benadering die in de studie wordt beschreven het vermogen heeft om zowel beeldvormende als therapeutische toepassingen in één enkel platform te combineren, die moeilijk te realiseren was, vooral in een biologische, en daarom biocompatibel, voertuig.

"Dit is vooral waardevol bij de behandeling van kanker, waar gerichte behandeling van tumorcellen, en de vermindering van dodelijke effecten in normale cellen, is zo kritisch, " voegde ze eraan toe.

Hoewel niet de eerste nanodeeltjes, deze zijn misschien wel de meest veelzijdige. Andere deeltjes zijn goed in sommige taken, maar niet in andere. Niet-organische deeltjes, zoals kwantumdots of op goud gebaseerde materialen, werken goed als diagnostische hulpmiddelen, maar hebben veiligheidsproblemen. Organische sondes zijn biocompatibel en kunnen medicijnen afleveren, maar missen toepassingen voor beeldvorming of fototherapie.

Gebouwd op een porfyrine/cholzuurpolymeer, de nanodeeltjes zijn eenvoudig te maken en presteren goed in het lichaam. Porfyrinen zijn veel voorkomende organische verbindingen. Cholzuur wordt geproduceerd door de lever. De basis nanodeeltjes zijn 21 nanometer breed (een nanometer is een miljardste van een meter).

Om de deeltjes verder te stabiliseren, de onderzoekers voegden het aminozuur cysteïne toe (creëren van CNP's), waardoor ze hun therapeutische lading niet voortijdig vrijgeven wanneer ze worden blootgesteld aan bloedeiwitten en andere barrières. Bij 32 nanometer, CNP's hebben een ideale grootte om tumoren te penetreren, accumuleren tussen kankercellen terwijl gezond weefsel wordt gespaard.

In de studie, het team testte de nanodeeltjes, zowel in vitro als in vivo, voor een breed scala aan taken. Aan de therapeutische kant CNP's transporteerden effectief geneesmiddelen tegen kanker, zoals doxorubicine. Zelfs als het vele uren in het bloed wordt bewaard, CNP's gaven slechts kleine hoeveelheden van het medicijn vrij; echter, bij blootstelling aan licht of middelen zoals glutathion, ze lieten hun lading gemakkelijk los. Het vermogen om de afgifte van chemotherapie in tumoren nauwkeurig te regelen, zou de toxiciteit aanzienlijk kunnen verminderen. CNP's die doxorubicine dragen, zorgden voor een uitstekende kankerbestrijding bij dieren, met minimale bijwerkingen.

CNP's kunnen ook worden geconfigureerd om te reageren op licht, het produceren van singlet-zuurstof, reactieve moleculen die tumorcellen vernietigen. Ze kunnen ook warmte genereren wanneer ze met laserlicht worden geraakt. aanzienlijk, CNP's kunnen beide taken uitvoeren wanneer ze worden blootgesteld aan een enkele golflengte van licht.

CNP's bieden een aantal voordelen om de beeldvorming te verbeteren. Ze cheleren gemakkelijk beeldvormende middelen en kunnen lange tijd in het lichaam blijven. In dierstudies, CNP's verzamelden zich in tumoren, waardoor ze beter leesbaar zijn op een MRI. Omdat CNP's zich ophopen in tumoren, en niet zozeer in normaal weefsel, ze verbeterden het tumorcontrast dramatisch voor MRI en kunnen ook veelbelovend zijn voor PET-MRI-scans.

Deze veelzijdigheid biedt meerdere opties voor clinici, omdat ze toepassingen mixen en matchen.

"Deze deeltjes kunnen beeldvorming en therapie combineren, " zei Li. "We zouden ze mogelijk kunnen gebruiken om tegelijkertijd behandeling te geven en de werkzaamheid van de behandeling te controleren."

"Deze deeltjes kunnen ook worden gebruikt als optische sondes voor beeldgeleide chirurgie, "zei Lam. "Bovendien, ze kunnen worden gebruikt als zeer krachtige fotosensibiliserende middelen voor intraoperatieve fototherapie."

Hoewel de eerste resultaten veelbelovend zijn, er is nog een lange weg te gaan voordat CNP's de kliniek kunnen betreden. Het Lam-lab en zijn medewerkers zullen preklinische studies uitvoeren en, als alles goed gaat, doorgaan met proeven op mensen. Ondertussen, het team is enthousiast over deze mogelijkheden.

"Dit is het eerste nanodeeltje dat zoveel verschillende taken uitvoert, " zei Li. "Van het toedienen van chemo, fotodynamische en fotothermische therapieën om diagnostische beeldvorming te verbeteren, het is het complete pakket."