Onderzoekers van de North Carolina State University en de University of North Carolina in Chapel Hill hebben een nieuwe techniek voor medicijnafgifte ontwikkeld die een biologisch afbreekbaar vloeibaar metaal gebruikt om kankercellen aan te vallen. De toedieningsmethode van vloeibare metalen belooft het effect van kankermedicijnen te versterken.

"Het voordeel hier is dat we een techniek voor het toedienen van medicijnen hebben die de effectiviteit van de medicijnen die worden toegediend, kan verbeteren, kan artsen helpen tumoren te lokaliseren, kan in bulk worden geproduceerd, en lijkt volledig biologisch afbreekbaar te zijn met een zeer lage toxiciteit, " zegt Zhen Gu, corresponderende auteur van a Natuurcommunicatie paper over het werk en een assistent-professor in het gezamenlijke programma voor biomedische technologie bij NC State en UNC-CH. "En een van de voordelen van deze techniek is dat deze vloeibare metalen medicijndragers - of 'nano-terminators' - heel gemakkelijk te maken zijn."

Om de nano-terminators te maken, onderzoekers plaatsen het bulk vloeibare metaal (gallium-indiumlegering) in een oplossing die twee soorten moleculen bevat die polymere liganden worden genoemd. De oplossing wordt dan geraakt met ultrageluid, die het vloeibare metaal dwingt om te barsten in druppeltjes op nanoschaal met een diameter van ongeveer 100 nanometer. De liganden in de oplossing hechten zich aan het oppervlak van de druppeltjes wanneer ze loskomen van het bulk vloeibare metaal. In de tussentijd, er vormt zich een geoxideerde 'huid' op het oppervlak van de nanodruppeltjes. De geoxideerde huid, samen met de liganden, voorkomt dat de nanodruppels weer samensmelten.

Het antikankergeneesmiddel doxorubicine (Dox) wordt vervolgens in de oplossing gebracht. Een van de liganden op de nanodruppel zuigt de Dox op en houdt hem vast. Deze met medicijnen beladen nanodruppels kunnen vervolgens van de oplossing worden gescheiden en in de bloedbaan worden gebracht.

Het tweede type ligand op de nanodruppeltjes zoekt effectief naar kankercellen, waardoor receptoren op het oppervlak van de kankercel zich hechten aan de nanodruppeltjes. De kankercel absorbeert vervolgens de nanodruppeltjes.

Eenmaal geabsorbeerd, de hogere zuurgraad in de kankercel lost de geoxideerde huid van de nanodruppels op. Hierdoor komen de liganden vrij, waardoor de Dox in de cel vrijkomt.

"Zonder de geoxideerde huid en liganden, de nanodruppeltjes smelten samen, vorming van grotere druppels vloeibaar metaal, " zegt Michael Dickey, een co-auteur van dit artikel en professor in de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering van NC State. "Deze grotere druppels zijn vrij eenvoudig te detecteren met behulp van diagnostische technieken, die artsen mogelijk kunnen helpen tumoren te lokaliseren."

In de tussentijd, het vloeibare metaal blijft reageren met de zure omgeving in de kankercel en lost op, galliumionen vrijgeven. interessant, deze galliumionen verbeteren de prestaties van geneesmiddelen tegen kanker, inclusief hun effectiviteit tegen geneesmiddelresistente cellijnen.

In aanvulling, dit proces degradeert het metaal geleidelijk, toxiciteit op lange termijn te minimaliseren.

"Op basis van in-vitrotests, we geloven dat het vloeibare metaal binnen enkele dagen volledig afbreekt tot een vorm die het lichaam met succes kan opnemen of uitfilteren, zonder noemenswaardige toxische effecten, " zegt Yue Lu, een doctoraat student in Gu's lab.

De onderzoekers hebben de vloeibare metaaltechniek getest in een muismodel, en ontdekte dat het significant effectiever is dan Dox alleen bij het remmen van de groei van eierstokkankertumoren. belangrijk, de onderzoekers volgden de muizen tot 90 dagen, en vond geen tekenen van toxiciteit in verband met het vloeibare metaal.

"Dit was een proof-of-concept-onderzoek, maar zeer bemoedigend, " zegt Gu. "Net als de fictieve Terminator, deze drager is transformeerbaar:gebroken uit bulkmateriaal, versmolten in kankercellen en uiteindelijk afgebroken en geklaard. We hopen aanvullende tests te doen in een grote dierstudie om dichter bij mogelijke klinische proeven te komen."

De krant, "Transformeerbare vloeibaar-metaal nanogeneeskunde, " wordt op 2 december gepubliceerd in Natuurcommunicatie .