Wetenschappers van de Nanyang Technological University (NTU Singapore) hebben een nieuwe manier bedacht om kankermedicijnen diep in tumorcellen te brengen.

De NTU-wetenschappers creëren micro-sized gasbellen bedekt met kankermedicijndeeltjes en ijzeroxidenanodeeltjes, en gebruik vervolgens magneten om deze bellen te richten om zich rond een specifieke tumor te verzamelen.

Echografie wordt vervolgens gebruikt om de microbellen te laten trillen, het leveren van de energie om de medicijndeeltjes naar een gericht gebied te leiden.

Deze innovatieve techniek is ontwikkeld door een multidisciplinair team van wetenschappers, onder leiding van Asst Prof Xu Chenjie van de School of Chemical and Biomedical Engineering en Assoc Prof Claus-Dieter Ohl van de School of Physical and Mathematical Sciences.

De microbellen van NTU zijn met succes getest bij muizen en de studie is gepubliceerd door de Nature Publishing Group in Azië Materialen , het toptijdschrift voor materiaalwetenschappen in de regio Azië-Pacific.

Beperkingen van chemotherapie overwinnen

Assistent Prof Xu, die tevens onderzoeker is bij het NTU-Northwestern Institute for Nanomedicine, zei dat hun nieuwe methode enkele van de meest dringende problemen kan oplossen die worden ondervonden bij chemotherapie die wordt gebruikt om kanker te behandelen.

Het belangrijkste probleem is dat de huidige chemotherapiemedicijnen grotendeels ongericht zijn. De medicijndeeltjes stromen in de bloedbaan, schade aan zowel gezonde als kankercellen. Typisch, deze medicijnen worden snel weggespoeld in organen zoals de longen en lever, hun effectiviteit beperken.

Ook de overige medicijnen kunnen niet diep in de kern van de tumor doordringen, sommige kankercellen in leven laten, wat kan leiden tot een heropleving van de tumorgroei.

"Het eerste unieke kenmerk van onze microbellen is dat ze magnetisch zijn. Nadat ze in de bloedbaan zijn geïnjecteerd, we kunnen ze met magneten rond de tumor verzamelen en ervoor zorgen dat ze de gezonde cellen niet doden, " legt Asst Prof Xu uit, die sinds 2004 werkt aan kankerdiagnose en medicijnafgiftesystemen.

"Belangrijker, onze uitvinding is de eerste in zijn soort waarmee medicijndeeltjes in een paar milliseconden diep in een tumor kunnen worden gericht. Ze kunnen een diepte van 50 cellagen of meer binnendringen - dat is ongeveer 200 micrometer, twee keer de breedte van een mensenhaar. Dit helpt ervoor te zorgen dat de medicijnen de kankercellen aan het oppervlak en ook in de kern van de tumor kunnen bereiken."

Klinisch universitair hoofddocent Chia Sing Joo, een senior adviseur bij het endoscopiecentrum van het Tan Tock Seng-ziekenhuis en de kliniek voor urologie en continentie, was een van de adviseurs voor dit onderzoek.

Een getrainde robotchirurg met ervaring in de behandeling van prostaat, blaas- en nierkanker, Assoc Prof Chia zei:"Om ervoor te zorgen dat geneesmiddelen tegen kanker hun beste effectiviteit bereiken, ze moeten efficiënt in de tumor doordringen om het cystoplasma te bereiken van alle kankercellen die het doelwit zijn zonder de normale cellen aan te tasten.

"Momenteel, deze kunnen worden bereikt door middel van een directe injectie in de tumor of door het toedienen van een grote dosis geneesmiddelen tegen kanker, wat pijnlijk kan zijn, duur, onpraktisch en kan verschillende bijwerkingen hebben."

De specialist in Uro-oncologie voegde eraan toe dat als de technologie van NTU levensvatbaar blijkt, clinici kunnen de geneesmiddelen tegen kanker lokaliseren en concentreren rond een tumor, en breng de medicijnen in slechts enkele seconden diep in tumorweefsels met behulp van een klinisch ultrasoon systeem.

"Als het lukt, Ik voorzie dat het in de toekomst een goede alternatieve behandeling kan zijn, een die goedkoop en toch effectief is voor de behandeling van kankers met solide tumoren, omdat het de bijwerkingen van medicijnen zou kunnen minimaliseren."

Nieuw medicijnafgiftesysteem

De motivatie voor dit onderzoeksproject is om alternatieve oplossingen te vinden voor drug delivery systemen die niet-invasief en veilig zijn.

Echografie maakt gebruik van geluidsgolven met frequenties die hoger zijn dan die welke door het menselijk oor worden gehoord. Het wordt vaak gebruikt voor medische beeldvorming, bijvoorbeeld om diagnostische beelden te krijgen.

Magneten, die de microbellen kan trekken en aantrekken, zijn al in gebruik in diagnostische machines zoals de Magnetic Resonance Imaging (MRI).

"We kijken naar de ontwikkeling van nieuwe medicijndragers - in wezen betere manieren om medicijnen af ​​te leveren met minimale bijwerkingen, " verklaarde Prof Ohl, een expert in biofysica die eerdere studies had gepubliceerd over medicijnafgiftesystemen en bellendynamiek.

"De meeste prototypen van medicijnafgiftesystemen op de markt worden geconfronteerd met drie belangrijke uitdagingen voordat ze commercieel succesvol kunnen zijn:ze moeten niet-invasief zijn, patiëntvriendelijk en toch kosteneffectief.

"Met behulp van de theorie van microbellen en hoe hun oppervlak trilt onder ultrageluid, we hebben onze oplossing kunnen bedenken die deze drie uitdagingen aanpakt."

Interdisciplinair team

Deze studie, die twee en een half jaar duurde, bestond uit een 12-koppig internationaal interdisciplinair team bestaande uit zowel NTU-wetenschappers als wetenschappers van de City University of Hong Kong en de Tel Aviv University in Israël. Twee NTU-studenten die hun afstudeerproject deden en een student in het Summer Research Internship Program (NTU) maakten ook deel uit van het team.

Vooruit gaan, het team zal dit nieuwe medicijnafgiftesysteem gebruiken in onderzoeken naar long- en leverkanker met behulp van diermodellen, en uiteindelijk klinische studies.

Ze schatten dat het nog acht tot tien jaar zal duren voordat het klinische proeven bij mensen bereikt.