Kankercellen richten op vernietiging terwijl gezonde cellen met rust worden gelaten - dat is de belofte van het opkomende gebied van nanogeneeskunde voor kanker. Maar een nieuwe meta-analyse van U of T's Institute of Biomaterials &Biomedical Engineering (IBBME) geeft aan dat de vooruitgang tot nu toe beperkt is geweest en dat nieuwe strategieën nodig zijn om de belofte werkelijkheid te laten worden.

"De hoeveelheid onderzoek naar het gebruik van gemanipuleerde nanodeeltjes om kankermedicijnen rechtstreeks aan tumoren af ​​​​te leveren, is de afgelopen tien jaar gestaag gegroeid, maar er zijn zeer weinig formuleringen die bij patiënten worden gebruikt. De vraag is waarom?" zegt professor Warren Chan (IBBME, ChemE, MSE), senior auteur van de review paper die vandaag is gepubliceerd in Materialen voor natuurrecensies . "We vonden dat het tijd was om het veld nader te bekijken."

Chan en zijn co-auteurs analyseerden 117 gepubliceerde artikelen die de afgifte-efficiëntie van verschillende nanodeeltjes aan tumoren vastlegden - dat wil zeggen, het percentage geïnjecteerde nanodeeltjes dat hun beoogde doel daadwerkelijk bereikt. Tot hun verbazing, ze ontdekten dat de mediane waarde ongeveer 0,7 procent was van de geïnjecteerde nanodeeltjes die hun doelen bereikten, en dat dit aantal de afgelopen tien jaar niet is veranderd. "Als de nanodeeltjes niet bij de tumor terechtkomen, ze kunnen niet werken zoals ontworpen voor veel nanomedicijnen, " zegt Chan.

Nog verrassender was dat het veranderen van nanodeeltjes zelf weinig verschil maakte in de netto-afgifte-efficiëntie. "Onderzoekers hebben verschillende materialen en nanodeeltjesgroottes geprobeerd, verschillende oppervlaktecoatings, verschillende vormen, maar al deze variaties leiden tot geen verschil, of slechts kleine verschillen, " zegt Stefan Wilhelm, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Chan en hoofdauteur van het artikel. "Deze resultaten suggereren dat we meer moeten nadenken over de biologie en de mechanismen die betrokken zijn bij het leveringsproces in plaats van alleen de kenmerken van nanodeeltjes zelf te veranderen."

Wilhelm wijst erop dat nanodeeltjes wel degelijk voordelen hebben. In tegenstelling tot chemotherapiemedicijnen die overal in het lichaam terechtkomen, Geneesmiddelen die door nanodeeltjes worden afgegeven, hopen zich meer op in sommige organen en minder in andere. Dit kan voordelig zijn:bijv. een huidige behandeling maakt gebruik van nanodeeltjes, liposomen genaamd, om het kankermedicijn doxorubicine in te kapselen.

Deze inkapseling vermindert de ophoping van doxorubicine in het hart, waardoor de cardiotoxiciteit wordt verminderd in vergelijking met het alleen toedienen van het medicijn.

Helaas, de meeste geïnjecteerde nanodeeltjes, inclusief liposomen, in de lever terecht komen, milt en nieren, wat logisch is, want het is de taak van deze organen om vreemde stoffen en vergiften uit het bloed te verwijderen. Dit suggereert dat om te voorkomen dat nanodeeltjes uit het bloed worden gefilterd voordat ze de doeltumor bereiken, onderzoekers moeten mogelijk de interacties van die organen met nanodeeltjes controleren.

Het kan zijn dat er een optimale chemie van het deeltjesoppervlak is, maat, of vorm die nodig is om toegang te krijgen tot elk type orgaan of weefsel. Een strategie die de auteurs nastreven, omvat het ontwerpen van nanodeeltjes die dynamisch kunnen reageren op omstandigheden in het lichaam door hun oppervlakken of andere eigenschappen te veranderen, net zoals eiwitten dat in de natuur doen. Dit kan hen helpen voorkomen dat ze worden uitgefilterd door organen zoals de lever, maar tegelijkertijd om de optimale eigenschappen te hebben die nodig zijn om tumoren binnen te dringen.

Algemener, de auteurs stellen dat, om de efficiëntie van de levering van nanodeeltjes te verhogen, een systematische en gecoördineerde langetermijnstrategie is noodzakelijk. Om een ​​sterke basis te leggen voor het gebied van kanker-nanogeneeskunde, onderzoekers zullen veel meer moeten begrijpen over de interacties tussen nanodeeltjes en de verschillende organen van het lichaam dan ze nu doen. Hiertoe, Chan's lab heeft technieken ontwikkeld om deze interacties over hele organen te visualiseren met behulp van 3D optische microscopie, een studie gepubliceerd in ACS Nano deze week.

Naast dit, het team heeft een open online database opgezet, genaamd de Cancer Nanomedicine Repository die het verzamelen en analyseren van gegevens over de efficiëntie van de levering van nanodeeltjes uit elk onderzoek mogelijk maakt, ongeacht waar het wordt gepubliceerd. Het team heeft de verzamelde gegevens voor de laatste paper al geüpload, maar als de database in juni live gaat, onderzoekers van over de hele wereld zullen hun gegevens kunnen toevoegen en realtime analyses kunnen uitvoeren voor hun specifieke interessegebied.

"Het is een grote uitdaging om gegevens van tien jaar onderzoek te verzamelen en samen te vatten, maar dit artikel zal enorm nuttig zijn voor onderzoekers in het veld, " zegt professor Julie Audet (IBBME), een medewerker van het onderzoek.

Wilhelm zegt dat er nog een lange weg te gaan is om de klinische vertaling van kankernanomedicijnen te verbeteren. maar hij is optimistisch over de resultaten. "Vanaf de eerste publicatie over liposomen in 1965 tot toen ze voor het eerst werden goedgekeurd voor gebruik bij de behandeling van kanker, het duurde 30 jaar, "zegt hij. "In 2016, we hebben al veel gegevens, dus er is een kans dat de vertaling van nieuwe kanker-nanomedicijnen voor klinisch gebruik deze keer veel sneller kan gaan. Onze meta-analyse biedt een 'realiteitscheck' van de huidige staat van kanker-nanogeneeskunde en identificeert de specifieke onderzoeksgebieden die moeten worden onderzocht om ervoor te zorgen dat er een snelle klinische vertaling komt van de ontwikkelingen in de nanogeneeskunde."