Biomedische onderzoekers van Cedars-Sinai hebben een klein medicijnafgiftesysteem uitgevonden dat kankerceltypes in de hersenen kan identificeren door middel van "virtuele biopsieën" en vervolgens de moleculaire structuur van de ziekte kan aanvallen.

Als laboratoriumonderzoek met muizen wordt bevestigd in studies bij mensen, de resultaten kunnen worden gebruikt om medicijnen op nanoschaal te leveren die tumorcellen in de hersenen kunnen onderscheiden en bestrijden zonder toevlucht te nemen tot een operatie.

"Deze nanodrug kan worden ontwikkeld om een ​​verscheidenheid aan medicijnen te dragen, eiwitten en genetisch materiaal om tumoren op verschillende fronten vanuit de hersenen aan te vallen, ” zegt Julia Ljubimova, MD, doctoraat, hoogleraar neurochirurgie en biomedische wetenschappen aan Cedars-Sinai en hoofdauteur van een artikel dat online is gepubliceerd in het tijdschrift van de American Chemical Society ACS Nano .

Ljubimova, directeur van het Nanomedicine Research Center van de afdeling Neurochirurgie en directeur van het Nanomedicine Program van het Samuel Oschin Comprehensive Cancer Institute, heeft een subsidie ​​van $ 2,5 miljoen ontvangen van de National Institutes of Health om het onderzoek voort te zetten.

Het medicijnafgiftesysteem en zijn onderdelen, samen een nanobioconjugaat of nanodrug genoemd, bevindt zich in een opkomende klasse van moleculaire geneesmiddelen die zijn ontworpen om kankers te vertragen of te stoppen door ze op meerdere manieren in de hersenen te blokkeren. Het medicijn is ongeveer 20 tot 30 nanometer groot, – een fractie van de breedte van een mensenhaar, dat is 80, 000 tot 100, 000 nanometer breed.

Cedars-Sinai-wetenschappers begonnen ongeveer tien jaar geleden met de ontwikkeling van het "platform" van het medicijnafgiftesysteem. De nanodrug kan een verscheidenheid aan chemische en biologische "modules" hebben.

Elk onderdeel heeft een gespecialiseerde functie, zoals het zoeken naar kankercellen en zich eraan binden, doordringen in de wanden van bloedvaten en tumorcellen, of het ontmantelen van moleculaire mechanismen die tumorgroei bevorderen, " zegt Eggehard Holler, doctoraat, hoogleraar neurochirurgie en directeur van nanodrugsynthese bij Cedars-Sinai.

Het nieuwe toedieningssysteem speelt twee rollen:het diagnosticeren van hersentumoren door cellen te identificeren die zich vanuit andere organen naar de hersenen hebben verspreid, en dan de kanker bestrijden met precieze, geïndividualiseerde tumorbehandeling.

Onderzoekers kunnen het tumortype bepalen door een tracer te bevestigen die zichtbaar is op een MRI. Als de tracer zich ophoopt in de tumor, het zal zichtbaar zijn op MRI. Met de moleculaire samenstelling van de kanker geïdentificeerd door deze virtuele biopsie, onderzoeken kunnen het "leveringssysteem" laden met kankergerichte componenten die specifiek de moleculaire structuur aanvallen.

Om aan te tonen dat de virtuele biopsieën het ene type kankercel van het andere kunnen onderscheiden, de onderzoekers bedachten wat wordt beschouwd als een unieke methode, implanteren van verschillende soorten borst- en longkanker in laboratoriummuizen om uitgezaaide ziekte te vertegenwoordigen - met één type kanker geïmplanteerd aan elke kant van de hersenen. Long- en borstkanker zijn kankers die zich het vaakst naar de hersenen verspreiden.

De onderzoekers gebruikten het nano-afgiftesysteem om de kankers te identificeren en aan te vallen. In elk geval, dieren die een behandeling kregen, leefden aanzienlijk langer dan die in controlegroepen.

“Verschillende medicijnen zijn behoorlijk effectief bij de behandeling van verschillende soorten borstkanker, longkanker, lymfoom en andere vormen van kanker op hun oorspronkelijke plaats, maar ze zijn niet effectief tegen kankers die zich uitbreiden naar de hersenen omdat ze de bloed-hersenbarrière die de hersenen tegen gifstoffen in het bloed beschermt niet kunnen passeren, " zegt Keith Zwart, MD, voorzitter van de afdeling Neurochirurgie, directeur van het Maxine Dunitz Neurochirurgisch Instituut, directeur van de Johnnie L. Cochran, jr., Brain Tumor Center en de Ruth en Lawrence Harvey-leerstoel in neurowetenschappen.

“De nanodrug is ontworpen om deze barrière te overschrijden met zijn nuttige lading intact, dus medicijnen die buiten de hersenen effectief zijn, kunnen ook van binnen effectief zijn, ’ voegde Zwart eraan toe.