Het klinkt als een scène uit een sciencefictionroman - een leger van kleine bewapende robots die rond een menselijk lichaam reizen, kwaadaardige tumoren opsporen en van binnenuit vernietigen.

Maar onderzoek in Nature Communications van het Davis Cancer Center van de Universiteit van Californië laat zien dat het vooruitzicht dat dit een realistisch scenario is, niet ver weg is. Er wordt veelbelovende vooruitgang geboekt bij de ontwikkeling van een multifunctioneel antitumor nanodeeltje genaamd "nanoporfyrine" dat kan helpen bij het diagnosticeren en kankers behandelen.

Kanker is 's werelds grootste moordenaar. In 2012, naar schatting 14,1 miljoen nieuwe gevallen van kanker werden gediagnosticeerd en ongeveer 8,2 miljoen mensen stierven wereldwijd aan kanker.

Dit jaar, kanker overtrof hart- en vaatziekten en werd de belangrijkste doodsoorzaak in Australië; 40, 000 Australiërs stierven vorig jaar als gevolg van kanker. Het is geen wonder dat wetenschappers elke mogelijke technologie onderzoeken om de ziekte efficiënt en veilig te diagnosticeren en te behandelen.

Nanotechnologie is zo'n revolutionaire kankerbestrijdende technologie.

Nanotech:een groot probleem

Een nanometer is een zeer kleine lengte-eenheid, slechts een miljardste van een meter. Nanotechnologie kijkt naar het opbouwen van ongelooflijk kleine, structuren op nanoniveau voor verschillende functies en toepassingen.

Een dergelijke toepassing op basis van nanodeeltjes is de ontwikkeling van nauwkeurige kankerdiagnosetechnologie en veilige, efficiënte tumorbehandeling. Het enige probleem is dat nanodeeltjes moeten worden afgestemd op specifieke taken. Ze kunnen tijdrovend en duur zijn om te onderzoeken en te bouwen.

Dus hoe werken nanodeeltjes? Ze kunnen worden gemaakt met anorganische of organische componenten. Elk heeft verschillende eigenschappen:

• Anorganische nanodeeltjes hebben vaak unieke eigenschappen waardoor ze bruikbaar zijn in toepassingen zoals fluorescentiesondes en tumordiagnoses met magnetische resonantiebeeldvorming;
• "Zachte" organische nanodeeltjes zijn de beste dragers van medicijnafgifte voor tumorbehandeling, vanwege hun biocompatibiliteit, het vermogen om chemisch te worden gemodificeerd en hun capaciteit om geneesmiddelen te laden. Een paar "zachte" organische nanomedicijnen, waaronder Genexol-PM (met paclitaxel beladen polymere micellen), Doxil (liposomale doxorubicine) en Abraxane (met paclitaxel beladen humaan serumalbumine-nanoaggregaat) zijn goedgekeurd of bevinden zich in klinische onderzoeken voor de behandeling van kanker bij de mens.

Het nieuwe organische nanodeeltje – nanoporfyrine – kan dit allemaal.

Ins en outs van nanoporfyrine

Nanoporfyrine is slechts 20-30 nanometer groot. Als je technisch wilt worden, het is een zelf-geassembleerde micel die bestaat uit verknoopbare amfifiele dendrimeermoleculen die vier porfyrinen bevatten.

Als je minder technisch wilt worden, het is een losjes gebonden groep moleculen (of "micel") met hun hydrofiele ("waterminnende") koppen naar buiten gericht en hun hydrofobe ("waterhatende") staarten naar binnen gericht. Elk molecuul bevat organische verbindingen die porfyrinen worden genoemd. Porfyrines kunnen van nature voorkomen, de bekendste is heem, het pigment in rode bloedcellen.

De kleine omvang van nanoporfyrine geeft het een intrinsiek voordeel omdat het kan worden opgeslokt door en zich ophoopt in tumorcellen, waar het op twee niveaus kan werken:

1. Op molecuulniveau is nanoporfyrine kan de diagnose helpen door het contrast van tumorweefsel in magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) te verbeteren, positron emissie tomografie (PET) en dual modale PET-MRI. (Opnieuw, dit is een beetje technisch, maar mocht je interesse hebben, porfyrine werkt als een ligand, die chelateert met beeldvormende metaalionen zoals gadolinium (III) of koper (II).)
2. op micelniveau, nanoporfyrine kan worden geladen met antitumormiddelen om kwaadaardig weefsel te doden. Wanneer geactiveerd, bijvoorbeeld, het kan warmte genereren om het tumorweefsel te "koken", en laat dodelijke reactieve zuurstofspecies (ROS) vrij op tumorplaatsen.

Gewapend en gevaarlijk (tegen tumoren)

Functionele nanodeeltjesprocessen kunnen vergelijkbaar zijn met die van een gewapende nanorobot. Bijvoorbeeld, wanneer een tumorherkenningsmodule wordt geïnstalleerd in een nano-afgifterobot (organisch deeltje), de gewapende met medicijnen beladen nano-robotdeeltjes kunnen het medicijn richten en in tumorweefsel afleveren. Ze doden alleen die cellen, terwijl het onschadelijk is voor de omliggende gezonde cellen en weefsels.

Als een tumorherkenningsmodule is geïnstalleerd in een sonde-nanorobot (anorganisch deeltje), de gewapende nano-robotdeeltjes kunnen in tumorweefsel terechtkomen en een meetbaar signaal activeren om artsen te helpen tumoren beter te diagnosticeren.

Het was een enorme uitdaging om deze functies op één nanodeeltje te integreren. Het is moeilijk om de beeldvormende functies en het lichtabsorberende vermogen te combineren voor fototherapie in organische nanodeeltjes als medicijndragers. Dit heeft, tot nu, belemmerde de ontwikkeling van slimme en veelzijdige "alles-in-één" organische nanodeeltjes voor tumordiagnose en -behandeling.

De productie van nanoporfyrine is een efficiënte strategie bij de ontwikkeling van multifunctionele, geïntegreerde nanodeeltjes. Dezelfde strategie zou kunnen worden gebruikt om verdere veelzijdige nanodeeltjesplatforms te begeleiden om de kosten van nanogeneeskunde te verlagen, het ontwikkelen van gepersonaliseerde behandelplannen en het produceren van zelfbeoordelende nanomedicijnen.

Dit verhaal is gepubliceerd met dank aan The Conversation (onder Creative Commons-Attribution/No derivaten).