(Phys.org) - Gefunctionaliseerde nanodeeltjes zijn een manier om medicijnen toe te dienen voor chemotherapeutica. Echter, het is moeilijk gebleken om nanodeeltjes op de tumorplaats te krijgen. Een methode die onderzoekers hebben gebruikt om kankercellen te targeten, is het maken van hydrogels gemaakt van filamenteuze bacteriofaag (faag) en gouden nanodeeltjes. Peptide-bindende liganden kunnen worden opgenomen in het faaggedeelte van de hydrogel dat zich dan zal richten op bekende carcinoomcellen.

Een interdisciplinaire groep onderzoekers van verschillende universiteiten in Japan, de VS, en Duitsland hebben een hydrogelplatform ontwikkeld dat tumoren kan targeten, bieden niet-invasieve beeldvorming, en laat een chemotherapeutisch medicijn vrij. Ze hebben hun platform aangetoond in zowel in vitro studies als in muismodellen. Aanvullend, ze laten zien dat hun platform generaliseerbaar is naar verschillende doelen en chemotherapeutica. Hun werk verschijnt in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Hosoja, et al.'s hydrogelplatform bestaat uit bacteriofaag, gouden nanodeeltjes, en dragers van nanogrootte zoals liposomen of mesopoureuze silicadeeltjes. In deze instelling, faagdeeltjes zijn in staat om specifieke moleculen op de tumorcellen te herkennen. De gouden nanodeeltjes dienen als een "reporter" voor de verdeling van de hydrogel. De nanocarrier vervoert verschillende chemicaliën of farmaceutische ladingen. De nanocarrier laat lading los na een specifieke stimulus, zoals warmte.

In het huidige werk Hosoja, et al. bewees voor het eerst dat hittegevoelige liposomen (HSL's) zouden dienen als een formidabele warmtegevoelige drager. In theorie, als de HSL begint te smelten, het geeft het medicijn vrij dat erin is verwerkt. Met behulp van calceïne, een fluorescerend actief molecuul, ze stelden vast dat de HSL calceïne afgaf bij het bereiken van 40 ^O C, als voorspeld. Toen de HSL op een constante temperatuur (42 ^O C), het gaf alle calceïne binnen 10 minuten vrij. Hosoja, et al. bewees vervolgens dat deze HSL's nog steeds reageerden op veranderingen in temperatuur wanneer ze in het hydrogelplatform werden opgenomen.

De volgende stap was om aan te tonen dat de HSL-bevattende hydrogels reageerden op NIR-verwarming terwijl ze zich in een matrix bevonden. De auteurs gebruikten agarosegel als hun modelsysteem. Ze ontdekten dat de HSL-bevattende hydrogel reageerde op NIR-verwarming en naarmate het laservermogen toenam, de temperatuur van de hydrogel nam toe. Vervolgens bepaalden ze of NIR-verwarming de afgifte van doxorubicine (dox) zou veroorzaken, een chemotherapeuticum. Ze waren in staat om een ​​"reproduceerbare en robuuste foton-dosisafhankelijke toename in fluorescentie-intensiteit" te produceren.

Om de warmteverdeling in de hydrogel van NIR te bepalen, ze gebruikten magnetische resonantie temperatuurbeeldvorming op de HSL-bevattende hydrogels op het agaroseplatform. De thermische gradiëntbeelden bevestigden dat de gecentraliseerde warmte werd geproduceerd door de hydrogel via de NIR-laser. Ze gebruikten gadolinium-ingekapselde HSL-bevattende hydrogels om te bevestigen dat geneesmiddelafgifte plaatsvond op de locatie van de laserstraal.

Hoewel deze resultaten aantonen dat de afgifte van geneesmiddelen kan worden gecontroleerd met behulp van NIR, ze moeten nog testen of het systeem zich op de kankerplaats kan richten. Om dit te doen, Hosoja, et al. namen een ligand op dat een goed ingeburgerd cyclisch peptide heeft dat aan CRKL bindt. CRKL-bindende faagdeeltjes richten zich op EF43. fgf-4 borstcarcinoom cellen. Met behulp van rhodamine-gelabelde HSL-bevattende hydrogels, ze toonden aan dat de faag zich richtte op de carcinoomcellen, wat bevestigt dat het nog steeds zijn bindende eigenschappen behoudt, zelfs wanneer het in het nanoplatform wordt opgenomen.

Vervolgens deden ze in vivo testen bij muizen. Ze volgden de locatie en effecten van hun HSL-bevattende hydrogelplatform bij muizen die EF43 hadden. fgf-4 borstcarcinoom. Optische fluorescentiebeeldvormingsstudies toonden aan dat de tumor zichtbaar was bij muizen die werden behandeld met het gerichte hydrogelsysteem in vergelijking met controles. Analyse van de tumoren na 24 uur onthulde dat gouden nanodeeltjes, gerichte faag, en HSL's bevonden zich in de tumor. Aanvullende studies om te zien of hun systeem vervolgens een chemotherapeuticum kon afgeven met behulp van NIR op de tumorplaats, bleken ook succesvol. De auteurs zagen verminderde tumorgroei bij muizen met HSL-bevattende hydrogels met dox, en bevestigden hun resultaten met behulp van wiskundige modellering.

Eindelijk, om de veelzijdigheid van hun hydrogel nanoplatform te testen, Hosoja, et al. opgenomen mesoporeuze silica nanodeeltjes (MSNP) in het hydrogelsysteem. De chemische eigenschappen van MSNP maken het mogelijk om verschillende chemotherapeutica te verpakken. Ze testten of MSNP-bevattende hydrogels FITC konden leveren in twee verschillende kankermodellen, hetzelfde borstkankermodel dat eerder werd gebruikt (EF43. fgf-4 ) en een model voor prostaatkanker. Ze vonden een gerichte binding aan de twee kankers en studies met dox toonden een afname van de tumorgrootte.

Dit werk demonstreert een hydrogelplatform dat de fysische of chemische eigenschappen van bekende nanodragersystemen zoals warmtegevoelige liposomen of mesoporeuze silica-nanodeeltjes niet verandert. Dit platform maakt targeting, warmte-geïnduceerde levering, en is zowel veelzijdig als reproduceerbaar. Met aanvullende onderzoeken, dit systeem kan een algemeen, robuuste methode voor gerichte medicijnafgifte.

© 2016 Fys.org