(Phys.org) - Een multidisciplinair team van wetenschappers van de UCLA en Stanford University heeft een natuurlijk voorkomend nanodeeltje, een kluis genaamd, gebruikt om een ​​nieuw medicijnafgiftesysteem te creëren dat zou kunnen leiden tot vooruitgang in de behandeling van kanker en hiv.

Het onderzoeksteam werd geleid door Dr. Leonard Rome, associate director van UCLA's California NanoSystems Institute, en Dr. Jerome Zack, mededirecteur van het UCLA AIDS Institute, beiden zijn ook lid van het Jonsson Comprehensive Cancer Center van de UCLA. Co-eerste auteurs van de studie waren Daniel Buehler, een UCLA postdoctoraal onderzoeker en Matthew Marsden, adjunct-assistent-professor in de afdeling geneeskunde en lid van het AIDS Institute.

Hun bevindingen kunnen leiden tot kankerbehandelingen die effectiever zijn met kleinere doses en tot therapieën die het hiv-virus mogelijk kunnen uitroeien.

De krant is het omslagverhaal van de gedrukte editie van 26 augustus van het tijdschrift ACSNano, en het is onlangs online gepubliceerd.

Rome en zijn toenmalige postdoctorale student Nancy Kedersha ontdekten gewelven in de jaren tachtig. Het natuurlijk voorkomende aantal nanodeeltjes in elk van onze cellen loopt in de duizenden. Een nanodeeltje is een kleine stof, in dit geval opgebouwd uit eiwitten, dat wordt gemeten in nanometers (1 nanometer is gelijk aan 1 miljardste van een meter).

Door de jaren heen, Rome en zijn medewerkers ontdekten hoe ze kluizen konden maken in het laboratorium met behulp van de eiwitten waaruit ze bestaan. Natuurlijk voorkomende gewelven bevatten andere elementen, maar Rome's team bouwde lege, waardoor ze uiteindelijk het idee konden nastreven om medicijnmoleculen in te brengen, zodat ze in een patiënt konden worden geïnjecteerd en naar specifieke cellen konden worden geleid, waar ze de drugs zouden vrijgeven.

Het volgende doel van Rome was om bestaande chemotherapiemedicijnen te verbeteren, die kankercellen doden, maar veroorzaken ook bijwerkingen omdat ze ook giftig zijn voor gezond weefsel. Rome en zijn team theoretiseerden dat het gebruik van kluizen om medicijnen rechtstreeks naar de kankercellen te brengen het contact van de medicijnen met gezonde cellen zou elimineren en de bijwerkingen van de behandeling aanzienlijk zou verminderen. Dit concept moet nog worden bewezen bij mensen, maar de onderzoekers zijn nu dichter bij klinische proeven van technologie voor het afleveren van kluis.

Een ander doelwit was hiv/aids, die in de afgelopen jaren is veranderd van een doodvonnis in een chronische ziekte, omdat cocktails met antiretrovirale medicijnen zijn verbeterd. Echter, voor mensen met hiv/aids, gezondheidsonderhoud vereist nog steeds dat ze de medicijnen levenslang gebruiken, vanwege een fenomeen dat provirus-latentie wordt genoemd in cellulaire reservoirs.

Dit betekent dat ondanks de virale lading, of bloedspiegel, dat hiv door de medicijnen wordt teruggebracht tot ondetecteerbare niveaus, latent (inactief) virus hoopt zich nog steeds op in cellen in holtes die cellulaire reservoirs worden genoemd. Omdat hiv-medicijnen alleen actieve virussen kunnen aantasten, deze reservoirs van latent virus overleven medicamenteuze behandeling. Wanneer antiretrovirale geneesmiddelen worden stopgezet, het latente virus wordt geactiveerd, het verhogen van de virale belasting en het in wezen opnieuw aanwakkeren van de hiv-infectie.

De uitdaging voor Zack en Marsden was hoe die latente hiv-celreservoirs aan te pakken, die voorkomen dat hiv bij behandelde patiënten wordt uitgeroeid. De onderzoekers ontdekten dat een manier om de reservoirs te elimineren was om het latente hiv te activeren, waardoor het vatbaar is voor antivirale middelen. Ze wisten dat een medicijn genaamd bryostatine 1 latent hiv activeerde in het laboratorium, maar het idee om het aan patiënten te geven was problematisch vanwege de giftige bijwerkingen.

Zack en Marsden hadden een manier nodig om het medicijn af te geven terwijl de bijwerkingen werden geminimaliseerd. waardoor het een perfecte kandidaat is voor kluislevering.

Rome en Buehler hebben een kluis ontwikkeld met een speciale lipofiele kern, die lipiden bindt en daardoor een omgeving creëert waarin verbindingen zoals bryostatine 1 in de kluizen kunnen worden geladen. Met Zak, Marsden en Paul Wender van Stanford University, ze toonden aan dat de kluis de bryostatine 1 kon vasthouden en vrijgeven wanneer deze werd afgeleverd aan cellen die de latente HIV-reservoirs bevatten. Het team voert verdere studies uit om kluisgeladen activatoren van latent virus dichter bij klinische tests te brengen.

"Omdat latent virus onbehandelbaar is, latente reservoirs zijn momenteel de belangrijkste belemmering voor het genezen van hiv, " zei Zak, die ook hoogleraar geneeskunde en microbiologie is, immunologie en moleculaire genetica. "Als we het latente virus kunnen activeren, in wezen aanzetten, we kunnen het behandelen en uitroeien, waardoor de patiënt van een HIV-infectie wordt genezen."

"Deze experimenten demonstreren het nieuwe vermogen van deze kluizen om therapeutische verbindingen tot meer dan 2 in te kapselen, 000 moleculen per enkele kluis, " zei Rome, ook een UCLA hoogleraar biochemie. "En deze specifieke kluizen kunnen hun lading volledig internaliseren, het toevoegen van een extra beschermingslaag voor gezonde cellen."