NC State-onderzoekers hebben een potentieel nieuw wapen ontwikkeld in de strijd tegen kanker:een madeliefjevormige medicijndrager die vele duizenden keren kleiner is dan de punt aan het einde van deze zin.

Eenmaal in de bloedbaan geïnjecteerd, miljoenen van deze "nanodaisies" sluipen kankercellen binnen en geven een cocktail van medicijnen vrij om ze van binnenuit te vernietigen. De aanpak is nauwkeuriger dan conventionele methoden, en het kan ook effectiever blijken te zijn. Door ervoor te zorgen dat geneesmiddelen tegen kanker hun doel bereiken in gecontroleerde, gecoördineerde doses, nanodaisies kunnen de bijwerkingen van traditionele chemotherapie verminderen.

"Door één nanodrager te gebruiken om twee verschillende medicijnen te bevatten, we kunnen hun dosis en toxiciteit mogelijk verminderen, " zei Dr. Zhen Gu, assistent-professor bij de Joint Department of Biomedical Engineering van NC State en UNC-Chapel Hill. "En ondertussen is hun werkzaamheid tegen kanker verbeterd."

De nanodragers zijn gemaakt van een polymeer genaamd polyethyleenglycol (PEG), waaraan onderzoekers het kankerdodende medicijn camptothecin (CPT) hechten als druiventrossen aan een wijnstok. Een tweede medicijn, doxorubicine, drijft ook in oplossing rond de PEG.

Beide medicijnen zijn hydrofoob, wat betekent dat ze een hekel hebben aan water en ervoor terugdeinzen. PIN, Hoewel, is hydrofiel:bij blootstelling aan water strekt het zich uit om het contact te maximaliseren, terwijl de T-vormige verbindingen die de sondeerinrichting vasthouden in de tegenovergestelde richting trekken en naar binnen vouwen. De geneesmiddelen tegen kanker komen dus terecht in een beschermend omhulsel van PEG. De resulterende nanodrager heeft de vorm van een bloem - vandaar de term 'nanodaisy'.

"Het idee ontstond door actief na te denken over het vouwen van eiwitten in de natuur, " merkte Gu op, verwijzend naar de manier waarop aminozuren zichzelf kunnen assembleren in duizenden verschillende vormen. "Het is een soort bio-geïnspireerd ontwerp."

Eenmaal gevouwen, de nanomadeliefjes worden vervolgens in de bloedbaan geïnjecteerd en geabsorbeerd door onwetende kankercellen, die poreus genoeg zijn om ze binnen te laten. De buitenste omhulsels van PEG van de nanodaisies beschermen hun lading medicijnen en voorkomen dat ze voortijdig lekken.

Het ontwerp van de nanodaisy zorgt er ook voor dat de twee kankermedicijnen met complementaire snelheden vrijkomen wanneer hun drager uiteenvalt in de kankercel. Elk medicijn remt verschillende enzymen in de cel, en ze werken samen om de ontwikkeling van resistentie tegen geneesmiddelen te voorkomen of te vertragen.

Het resultaat is dat de medicijnen een aanval op kanker lanceren die nauwer gecoördineerd en gerichter is dan traditionele drugscocktails.

Tot dusver, in vivo testen bij muizen hebben aangetoond dat deze benadering een significante accumulatie van geneesmiddelen op tumorplaatsen produceert in plaats van in gezonde organen. Gu merkte op dat in vitro testen ook het potentieel hadden aangetoond van nanomadeliefjes om verschillende soorten kanker effectief aan te pakken.

"Het heeft een breed dodend effect aangetoond voor een verscheidenheid aan kankercellijnen, inclusief leukemie, borst- en longkanker, " hij zei.

Gu heeft ander onderzoek geleid dat een bio-geïnspireerde "cocon" heeft opgeleverd die cellen verleidt tot het consumeren van geneesmiddelen tegen kanker en een injecteerbaar nano-netwerk dat de bloedsuikerspiegel bij diabetici regelt. Hij wordt ondersteund door docenten, personeel en Ph.D. studenten van de Joint Department of Biomedical Engineering, een partnerschap tussen NC State en UNC-Chapel Hill dat dringende biomedische problemen aanpakt.

De volgende stap voor nanodaisies is preklinische testen om te bepalen of ze klaar zijn om kanker bij mensen te bestrijden.

voor Gu, dat vooruitzicht heeft persoonlijke betekenis:zijn vader werd gediagnosticeerd met kanker toen Gu nog in de baarmoeder was. Toen vrienden en familie Gu's moeder kwamen troosten, ze vertelde hen dat de baby die ze droeg op een dag zou kunnen helpen om kanker te behandelen.

"Ik wil niet zeggen dat het een missie is, maar het is een passie die mij drijft, " legde Gu uit. "Voordat ik naar de VS kwam, Ik deed onderzoek naar het geleiden van kunststoffen voor elektronische apparaten. Toen ik overstapte naar de kankerbehandelingen met nanotechnologie, toen werd mijn moeder erg enthousiast over mijn werk."