Grote ontdekkingen komen in kleine verpakkingen. Weinigen weten dat beter dan Ann-Marie Broome, doctoraat, die denkt dat nanotechnologie de toekomst van de geneeskunde in handen heeft met zijn vermogen om krachtige medicijnen te leveren in kleine, designer pakketten.

Haar laatste onderzoek vindt de perfecte toepassing - gericht op kankerachtige hersentumorcellen.

Resultaten van haar recente paper online gepubliceerd in het internationale tijdschrift nanogeneeskunde - Future Medicine ontdekte dat een lipide-nanodrager die klein genoeg is om door de bloed-hersenbarrière te komen, kan worden gebruikt om een ​​chemotherapeutisch medicijn efficiënter af te leveren aan tumorcellen in de hersenen. In-vivo-onderzoeken toonden specifieke opname en verhoogde doding in gliacellen, zozeer zelfs dat Broome aanvankelijk de resultaten in twijfel trok.

"Ik was erg verrast door hoe efficiënt en goed het werkte toen we de nanodrager naar die cellen kregen, " ze zei, uitleggend dat de eerste resultaten zo veelbelovend waren dat ze haar team de experimenten liet herhalen, verschillende cellijnen gebruiken, doseringshoeveelheden en behandeltijden. Onderzoekers en clinici zijn enthousiast omdat het mogelijk de weg wijst naar een nieuwe behandelingsoptie voor patiënten met bepaalde aandoeningen, zoals glioblastoma multiforme (GBM), de focus van deze studie.

Glioblastoma multiforme is een verwoestende ziekte zonder genezende opties vanwege verschillende uitdagingen, zei Broome, die de directeur is van Molecular Imaging van het Center for Biomedical Imaging van de Medical University of South Carolina en directeur van Small Animal Imaging van het Hollings Cancer Center. De hersentumor heeft een significante totale mortaliteit, mede door de ligging, moeite met chirurgische behandeling en het onvermogen om medicijnen door de bloed-hersenbarrière te krijgen, een beschermende barrière die is ontworpen om een ​​stabiele omgeving in en rond de hersenen te houden.

In 40 procent van de gevallen standaardbehandelingen verlengen de levensverwachting met 4 tot 7 maanden. "Het is echt een sombere uitkomst. Er zijn betere manieren om standaardzorg te leveren."

Dat is waar Broome en haar nanotechnologielab binnenkomen.

Nanotechnologie is geneeskunde, Engineering, scheikunde, en biologie allemaal gebundeld en uitgevoerd op nanoschaal, tussen het bereik van 1 tot 1, 000 nanometer. Ter vergelijking, een dunne krantenpagina is ongeveer 100, 000 nanometer dik. Broome en haar team namen wat ze weten over de biologie van kanker en van de van bloedplaatjes afgeleide groeifactor (PDGF), een van de talrijke groeifactor-eiwitten die de celgroei en -deling reguleert en ook tot overexpressie wordt gebracht op tumorcellen in de hersenen. Met dat in gedachten, ontwikkelden ze een micel die een fosfolipide nanodrager is, "een beetje vetbolletje, " om een ​​geconcentreerde dosis van het chemotherapiemedicijn temozolomide (TMZ) af te geven aan de GBM-tumorcellen.

"Micellen van een bepaalde grootte zullen de bloed-hersenbarrière passeren met een geconcentreerde hoeveelheid TMZ, " legde ze uit hoe de nanotechnologie werkt. "De PDGF wordt gebruikt als een postadres. De micel brengt het naar de straat, en de PDGF brengt het naar het huis. "Dit vermogen om te targeten is belangrijk omdat onderzoekers hebben geleerd dat het waarschijnlijk is dat de GBM zal terugkeren, ze zei.

"Er wordt gedacht dat satellietcellen die achterblijven na chirurgische verwijdering de snelst groeiende en gevaarlijkste zijn. We proberen die snelgroeiende satellietcellen te doden die op die locatie of andere zullen uitgroeien tot nieuwe tumoren. Deze satelliettumoren groeien agressiever dan anderen, je moet ze hard raken, snel en agressief."

Verrassend genoeg, nanotechnologie maakt al deel uit van het dagelijks leven op vele manieren die mensen zich niet realiseren. Het wordt overal in gebruikt, van make-up als vochtinbrengende crème of UV-zonnebrandmiddelen tot ijs om bevroren temperaturen en romige texturen te behouden.

in de geneeskunde, Broome zei, onderzoekers bouwen nanocarriers die stabiel en onopvallend zijn. "Je immuuncellen kunnen ze niet aanvallen. Ze blijven verborgen." Als het pakket aankomt waar het naartoe gaat, nanotechnologen hebben verschillende methoden om de micellen hun nuttige lading te laten vrijgeven - een manier is om de zure aard van een snelgroeiende tumor te gebruiken. In normale circulatie, de pH van het bloed is licht alkalisch en de micel blijft intact. Wat onderzoekers hebben ontdekt, is dat in veel tumortypes, de pH verandert drastisch naar een zure omgeving.

"Terwijl de tumor groeit, het creëert afvalbijproducten en metabolieten die de pH veranderen, dus verlagen. Naarmate het centrum necrotischer wordt, het wordt nog zuurder."

De verandering in pH veroorzaakt een afgifte van het medicijn uit onze micellen, precies waar clinici het willen hebben om de toxiciteit voor de rest van het lichaam te verminderen, ze zei.

"We profiteren zowel van de natuurlijke omgeving van de tumor als van de cellulaire expressie. Ik ben er een groot voorstander van om te begrijpen dat de micro-omgeving een impact heeft op hoe goed je tumoren kunt behandelen. Dat is waarschijnlijk de reden waarom zoveel therapieën mislukken - omdat je moet nemen rekening houdend met het immuunsysteem, de lokale omgeving, en de cellen zelf - dit zijn alle drie belangrijke overwegingen."

Daarom heeft nanotechnologie een voorsprong bij het vormgeven van toekomstige kankerbehandelingen.

"Het is heel belangrijk dat het publiek erkent dat nanotechnologie de toekomst is. Het heeft invloed op zoveel verschillende gebieden. Het heeft een duidelijke impact op de kankerbiologie en heeft mogelijk een impact op kankers die ontoegankelijk zijn, onbehandelbaar, ondoordringbaar - die in normale omstandigheden uiteindelijk de doodsteek zijn." Al te bekend met dit is onderzoeker en clinicus Amy Lee Bredlau, MD, directeur van het Pediatric Brain Tumor Program van MUSC Health, die ook deel uitmaakte van het onderzoek. Broome zei dat ze het prettig vindt om het perspectief van een clinicus in het laboratorium te hebben om de groep te concentreren op translationele resultaten voor de patiënten.

"Daarom is het zo bevredigend om met Amy Lee te werken. Ze werkt met veel kankers waarvoor geen opties zijn. We proberen opties te bieden."

Breda was het daarmee eens. "Dit artikel is opwindend omdat het een nieuwe benadering laat zien voor de behandeling van hersentumoren, het combineren van nanotechnologie gericht op een marker van hersentumoren met een gespecialiseerd leveringssysteem. Het zal ons uiteindelijk in staat stellen agressieve hersentumoren bij kinderen en volwassenen aan te pakken."

Bredlau zei dat ze een time-out neemt van haar klinische praktijk om in het onderzoekslab van Broome te zijn, omdat ze weet dat ze op die manier het proces het beste kan versnellen.

"Ik ben gepassioneerd over het verbeteren van het leven van mijn patiënten, nu en in de toekomst. Het nu bevorderen van onderzoek is de beste manier om het leven van mijn toekomstige patiënten te verbeteren."

Bredlau ziet in nanotechnologie de kracht om de behandeling van hersentumoren te revolutioneren. "Als we deze strategie perfectioneren, we zullen alleen krachtige chemotherapieën kunnen leveren aan het gebied dat ze nodig heeft. Dit zal onze genezingspercentages drastisch verbeteren en tegelijkertijd een groot deel van onze bijwerkingen van chemotherapie wegnemen. Stel je een wereld voor waarin een kankerdiagnose niet alleen niet levensbedreigend was, maar betekende ook niet dat je moe zou zijn, misselijk bent of je haar verliest."

Hoewel enthousiast over de resultaten van het onderzoek, Broome waarschuwt dat er nog veel meer werk moet worden verzet voordat nieuwe behandelingsopties direct beschikbaar zijn voor patiënten.

"Het kan al dan niet effectief zijn voor alle soorten GBM's. Er zijn zowel subtypes als therapeutisch resistente GBM's die deze nanodragers mogelijk niet beïnvloeden. We moeten rigoureuze tests voortzetten om onze eerste bevindingen te verifiëren en te valideren."

Ze zullen een groeiend veld van gerichte biomarkers verkennen die beschikbaar zijn voor GBM-tumorcellen. Zoals gebruikelijk is bij borstkanker en andere vormen van kanker, deze kanker heeft specifieke celoppervlakreceptoren die tot overexpressie worden gebracht, ze zei.

En hoewel het medicijn TMZ in dit protocol zeer efficiënt werkt, het is misschien niet het beste medicijn voor de meerderheid van de mensen, ze zei. "Nu we weten dat we het medicijn op de aangewezen locatie kunnen krijgen en het efficiënt kunnen laten werken, we hebben een vergelijker. We kunnen meer dodelijke en andere combinaties van medicijnen testen die nog nooit eerder in dit scenario zijn gebruikt."

Deze methode van medicijnafgifte opent ook nieuwe vensters voor immunotherapiebehandelingen die internationaal erkenning krijgen. Broome wil chemotherapeutica nemen en combineren met nieuwe immunotherapeutische behandelingen om unieke combinatiepakketten te vormen.

Het is ambitieus.

Broome, wiens team grapt dat ze "een lange, lopende lijst van onmogelijke taken, " zei dat het werk zich ook vertaalt naar zoveel gebieden buiten kanker, waaronder beroerte, transplantatie en regeneratieve geneeskunde, waar het bijvoorbeeld kan worden gebruikt bij wondgenezing in de dermatologie of bij orgaanonderhoud bij transplantatie. Het is een van de redenen waarom ze haar laatste onderzoek naar een internationaal tijdschrift heeft gestuurd, omdat ze de vooruitgang in nanotechnologie wil versnellen. een gebied dat ze ongetwijfeld zal veranderen hoe geneeskunde wordt gedaan.

"Ze zijn de voornaamste reden waarom ik blijf doen wat ik doe, " zei ze over de patiënten die met grimmige diagnoses worden geconfronteerd. "Ze geven me hoop. De mogelijkheden voor nanotherapeutica zijn eindeloos en helder."