Onderzoekers van het Ohio State University Comprehensive Cancer Center-Arthur G. James Cancer Hospital en Richard J. Solove Research Institute (OSUCCC-James) hebben nanodeeltjes ontwikkeld die opzwellen en barsten wanneer ze worden blootgesteld aan nabij-infrarood laserlicht.

Dergelijke 'nanobommen' zouden een biologische barrière kunnen overwinnen die de ontwikkeling van middelen die werken door de activiteit - de expressie - van genen in kankercellen te veranderen, heeft geblokkeerd. De middelen kunnen kankercellen rechtstreeks doden of hun groei vertragen.

De soorten middelen die genexpressie veranderen, zijn over het algemeen vormen van RNA (ribonucleïnezuur), en ze zijn notoir moeilijk te gebruiken als drugs. Eerst, ze worden gemakkelijk afgebroken als ze vrij zijn in de bloedbaan. In dit onderzoek, door ze te verpakken in nanodeeltjes die gericht zijn op tumorcellen, was dat probleem opgelost.

Deze studie, gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen , suggereert dat de nanobommen ook het tweede probleem zouden kunnen oplossen. Wanneer kankercellen gewone nanodeeltjes opnemen, ze omsluiten ze vaak in kleine compartimenten die endosomen worden genoemd. Dit voorkomt dat de medicijnmoleculen hun doel bereiken, en ze worden snel afgebroken.

Samen met het therapeutische middel, deze nanodeeltjes bevatten een chemische stof die verdampt, waardoor ze drie keer of meer in omvang zwellen bij blootstelling aan nabij-infrarood laserlicht. De endosomen barsten, dispergeren van het RNA-agens in de cel.

"Een grote uitdaging bij het gebruik van nanodeeltjes om genregulerende middelen zoals microRNA's af te leveren, is het onvermogen van de nanodeeltjes om uit de compartimenten te ontsnappen, de endosomen, dat ze worden ingekapseld wanneer cellen de deeltjes opnemen, " zegt hoofdonderzoeker Xiaoming (Shawn) He, doctoraat, universitair hoofddocent biomedische technologie en lid van het OSUCCC-James Translational Therapeutics Program.

"We denken dat we deze uitdaging hebben overwonnen door nanodeeltjes te ontwikkelen die ammoniumbicarbonaat bevatten, een klein molecuul dat verdampt wanneer de nanodeeltjes worden blootgesteld aan nabij-infrarood laserlicht, waardoor het nanodeeltje en het endosoom barsten, het vrijgeven van het therapeutische RNA, " Hij legt uit. Voor hun studie, Hij en collega's gebruikten menselijke prostaatkankercellen en menselijke prostaattumoren in een diermodel. De nanodeeltjes waren uitgerust om kankerstamachtige cellen (CSC's) te targeten, dat zijn kankercellen die eigenschappen van stamcellen hebben. CSC's weerstaan ​​​​vaak therapie en worden verondersteld een belangrijke rol te spelen bij de ontwikkeling en herhaling van kanker.

Het therapeutische middel in de nanodeeltjes was een vorm van microRNA genaamd miR-34a. De onderzoekers kozen voor dit molecuul omdat het de niveaus van een eiwit kan verlagen dat cruciaal is voor CSC-overleving en mogelijk betrokken is bij resistentie tegen chemotherapie en bestralingstherapie.

De nanodeeltjes kapselen ook ammoniumbicarbonaat in, dat is een rijsmiddel dat soms bij het bakken wordt gebruikt. Nabij-infrarood laserlicht, die verdamping van het ammoniumbicarbonaat induceert, kan weefsel doordringen tot een diepte van één centimeter (bijna een halve inch). Voor diepere tumoren, het licht zou worden afgeleverd met behulp van minimaal invasieve chirurgie.

Voor diepere tumoren, het licht zou worden afgeleverd met behulp van minimaal invasieve chirurgie.

De belangrijkste technische bevindingen van het onderzoek zijn:

• Nanodeeltjes met ammoniumbicarbonaat worden meer dan drie keer vergroot wanneer ze worden geactiveerd met nabij-infraroodlaser (van ongeveer 100 nm in diameter bij lichaamstemperatuur tot meer dan 300 nm bij 43 ° C. (110 ° F). Endosomen hebben een diameter van 150-200 nm;
• De nanodeeltjes hadden een grote affiniteit voor CSC's en heel weinig voor normale menselijke uit vetweefsel afgeleide stamcellen;
• De miR-34a nanobommen verminderden het tumorvolume significant in een diermodel dat menselijke prostaattumoren droeg.