Conventionele behandeling is gericht op het uitroeien van kankercellen door medicijnen en therapie die van buiten de cel worden toegediend, die ook nabijgelegen normale cellen kunnen aantasten (en mogelijk schade kunnen toebrengen).

In tegenstelling tot conventionele kankertherapie, een team van de Universiteit van Cincinnati heeft verschillende nieuwe ontwerpen ontwikkeld voor op ijzeroxide gebaseerde nanodeeltjes die detecteren, kankercellen diagnosticeren en vernietigen met behulp van fotothermische therapie (PTT). PTT gebruikt de nanodeeltjes om door licht geïnduceerde warmte-energie alleen in de tumor te concentreren, geen aangrenzende normale cellen beschadigen.

De resultaten van het UC-werk zullen worden gepresenteerd op de Materials Research Society-conferentie in Boston van 30 november tot en met december. 5 door Andrew Dunn, doctoraatsstudent in materiaalkunde aan het UC's College of Engineering and Applied Science. Samen met Dunn in dit onderzoek werken Donglu Shi, hoogleraar materiaalkunde aan het UC's College of Engineering and Applied Science; David Mast, universitair hoofddocent natuurkunde aan het McMicken College of Arts and Sciences van de UC; en Giovanni Pauletti, universitair hoofddocent aan het James L. Winkle College of Pharmacy.

De UC-studie gebruikte de levende cellen van muizen om met succes de werkzaamheid te testen van hun tweezijdige nanodeeltjesontwerpen (de ene kant voor celtargeting en de andere voor behandelingsafgifte) in combinatie met de PTT. Echter, de Amerikaanse Food and Drug Administration heeft nu het gebruik van ijzeroxide-nanodeeltjes bij mensen goedgekeurd. Dat betekent dat het fotothermische effect van ijzeroxide-nanodeeltjes kan aantonen, in het volgende decennium, een sterke belofte in de behandeling van kanker bij mensen, waarschijnlijk met gelokaliseerde tumoren.

Hoe de nanodeeltjes werken met fotothermische therapie

Met deze technologie, een laserstraal met laag vermogen wordt gericht op de tumor waar een kleine hoeveelheid magnetische ijzeroxide-nanodeeltjes aanwezig is, ofwel door de deeltjes rechtstreeks in de tumor te injecteren of ze in de bloedstroom te injecteren, waarbij de deeltjes de abnormale kankercellen vinden en eraan binden via celspecifieke targeting.

Lokaal wordt dan voldoende warmte opgewekt door het laserlicht, de tumortemperatuur snel verhogen tot boven de 43 graden Celsius, en daardoor de abnormale kankercellen verbranden. Deze specifieke PTT-behandeling omvat geen medicijnen, maar genereert alleen lokale warmte in de tumor, daarom veel minder bijwerkingen dan de traditionele chemo- of bestralingstherapieën.

"Deze behandeling is veel ideaaler omdat het rechtstreeks naar de kankercel gaat, " zegt Shi. "De nanomaterialen komen alleen de abnormale cellen binnen, die cellen verlichten en dan doen waarvoor je ze hebt ontworpen. In dit geval, het is om heet genoeg op te warmen om de kankercellen te verbranden en te doden, maar geen schade toebrengen aan de omringende normale cellen."

Shi voegde eraan toe dat artsen vaak gefrustreerd zijn over de huidige conventionele middelen voor vroege beeldvorming van kankercellen door middel van medische resonantiebeeldvorming of geautomatiseerde tomografiescans, omdat de tumoren meestal stadium drie of vier zijn voordat ze kunnen worden gedetecteerd. Hij beweerde, "Met nanomateriaaltechnologie we kunnen de tumor vroeg detecteren en hem tegelijkertijd op zicht doden."

Celtargeting

Elke tumor heeft een corresponderend eiwit dat kankerspecifiek is, een tumorspecifiek ligand genoemd of een antilichaamantigeenreactie die alleen expressie heeft voor die specifieke kanker zoals borst- of prostaatkanker.

Wetenschappers identificeren deze bepaalde biomarker die specifiek is voor een bepaalde tumor, vervolgens conjugeert deze biomarker op het oppervlak van de nanodrager die alleen de uitdrukking heeft voor dat specifieke soort kankercel.

Het richt zich dan alleen op de abnormale kankercel, niet normaal, gezonde cellen, en omdat het zo klein is, kan het het membraan breken en die geconjugeerde kankercel binnendringen en de PTT vrijgeven.

De nanotech-dragers gaan het lichaam binnen via een ader in de bloedbaan, zoek de abnormale kankercellen, vind de biomarker of kankercellen en hecht aan die cellen en ontgrendel hun fluorescerende deeltjes zodat ze kunnen worden gedetecteerd door een fotonenlaserlicht.

Het laserlicht verwarmt de nanodeeltjes tot minstens 43 graden Celsius om de kankercellen te doden, uiteindelijk blijven alle andere cellen in het lichaam ongedeerd.

Potentiële doe-het-zelf kankerbehandeling

De procedure kan uiteindelijk worden uitgevoerd door de patiënt na een training om twee tot drie keer per dag gedurende een bepaalde tijd een klein laserlichtapparaat op het getroffen gebied te richten. Deze methode kan uiteindelijk het slagingspercentage verbeteren, en kosten voor de patiënt te besparen. Dit geeft "richten en schieten" een geheel nieuwe betekenis.

Toekomstig onderzoek naar nanodeeltjes PTT zal kijken naar toxiciteit, problemen met biologische afbreekbaarheid en compatibiliteit. Shi zei dat het team momenteel op zoek is naar andere diverse biologisch afbreekbare materialen om te gebruiken voor de dragers, zoals chlorofylen van planten zoals die in kool die zowel eetbaar als fotothermisch zijn. Dit materiaal is biocompatibel en biologisch afbreekbaar en kan mogelijk in de tumorcellen blijven totdat zijn werk is voltooid, dan oplossen en worden doorgegeven via het spijsverteringsstelsel.