Chemotherapie laat tumoren in het begin vaak krimpen, maar naarmate kankercellen resistent worden tegen medicamenteuze behandeling, tumoren kunnen teruggroeien. Een nieuw nano-apparaat ontwikkeld door MIT-onderzoekers kan dat helpen overwinnen door eerst het gen te blokkeren dat resistentie tegen geneesmiddelen verleent, en vervolgens een nieuwe chemotherapie-aanval lanceren tegen de ontwapende tumoren.

Het apparaat, die bestaat uit gouden nanodeeltjes ingebed in een hydrogel die kan worden geïnjecteerd of geïmplanteerd op een tumorplaats, zou ook breder kunnen worden gebruikt om elk gen dat bij kanker is betrokken, te verstoren.

"Je kunt elke genetische marker richten en een medicijn afleveren, inclusief die welke niet noodzakelijkerwijs resistentie tegen geneesmiddelen omvatten. Het is een universeel platform voor duale therapie, " zegt Natalie Artzi, een onderzoekswetenschapper aan het MIT's Institute for Medical Engineering and Science (IMES), een assistent-professor aan de Harvard Medical School, en senior auteur van een paper waarin het apparaat in de Proceedings van de National Academy of Sciences de week van 2 maart.

Om de effectiviteit van de nieuwe aanpak aan te tonen, Artzi en collega's testten het bij muizen geïmplanteerd met een type menselijke borsttumor die bekend staat als een drievoudige negatieve tumor. dergelijke tumoren, die een van de drie meest voorkomende markers voor borstkanker missen:oestrogeenreceptor, progesteron receptor, en Her2—zijn meestal erg moeilijk te behandelen. Het nieuwe apparaat gebruiken om het gen voor multiresistente proteïne 1 (MRP1) te blokkeren en vervolgens het chemotherapiemedicijn 5-fluorouracil af te leveren, de onderzoekers konden tumoren in twee weken met 90 procent doen krimpen.

Weerstand overwinnen

MRP1 is een van de vele genen die tumorcellen kunnen helpen resistent te worden tegen chemotherapie. MRP1 codeert voor een eiwit dat werkt als een pomp, het elimineren van kankermedicijnen uit tumorcellen en ze ondoeltreffend maken. Deze pomp werkt op verschillende andere geneesmiddelen dan 5-fluorouracil, waaronder het veelgebruikte kankergeneesmiddel doxorubicine.

"Resistentie tegen geneesmiddelen is een enorme hindernis bij kankertherapie en de reden waarom chemotherapie, vaak, is niet erg effectief", zegt João Conde, een IMES-postdoc en hoofdauteur van de PNAS-paper.

Om dit te overwinnen, de onderzoekers creëerden gouden nanodeeltjes die waren bedekt met DNA-strengen die complementair waren aan de sequentie van MRP1-boodschapper-RNA - het stukje genetisch materiaal dat de instructies van het DNA naar de rest van de cel brengt.

Deze strengen DNA, die de onderzoekers "nanobeacons, " vouwen zichzelf terug om een ​​gesloten haarspeldstructuur te vormen. wanneer het DNA de juiste mRNA-sequentie in een kankercel tegenkomt, het ontvouwt zich en bindt zich aan het mRNA, voorkomen dat het meer moleculen van het MRP1-eiwit genereert. Terwijl het DNA zich ontvouwt, het maakt ook moleculen van 5-fluorouracil vrij die in de streng waren ingebed. Dit medicijn valt dan het DNA van de tumorcel aan, aangezien MRP1 er niet meer is om het uit de cel te pompen.

"Als we het gen tot zwijgen brengen, de cel is niet langer resistent tegen dat medicijn, zodat we het medicijn kunnen leveren dat nu zijn werkzaamheid herwint, ' zegt Conde.

Wanneer elk van deze gebeurtenissen plaatsvindt - het MRP1-eiwit wordt gedetecteerd en 5-fluorouracil vrijkomt - zendt het apparaat fluorescentie uit van verschillende golflengten, waardoor de onderzoekers kunnen visualiseren wat er in de cellen gebeurt. Daarom, de deeltjes kunnen ook worden gebruikt voor diagnose, met name bepalen of een bepaald kankergerelateerd gen wordt geactiveerd in tumorcellen.

Gecontroleerde medicijnafgifte

De met DNA gecoate gouden nanodeeltjes zijn ingebed in een zelfklevende gel die op zijn plaats blijft en de tumor bedekt na implantatie. Deze lokale toediening van de deeltjes beschermt ze tegen afbraak die zou kunnen optreden als ze door het hele lichaam zouden worden toegediend, en maakt ook langdurige afgifte van medicijnen mogelijk, zegt Artzi.

In hun muisstudies ontdekten de onderzoekers dat de deeltjes MRP1 tot wel twee weken tot zwijgen konden brengen, met continue medicijnafgifte gedurende die tijd, effectief krimpende tumoren.

Deze benadering kan worden aangepast om elke vorm van medicijn of gentherapie te leveren die is gericht op een specifiek gen dat betrokken is bij kanker, zeggen de onderzoekers. Ze werken er nu aan om het te gebruiken om een ​​gen tot zwijgen te brengen dat maagtumoren stimuleert om uit te zaaien naar de longen.