Nanodeeltjes bekend als Cornell-dots, of C-punten, zijn veelbelovend gebleken als een therapeutisch hulpmiddel bij de detectie en behandeling van kanker.

Nutsvoorzieningen, de ultrakleine deeltjes – meer dan een dozijn jaar geleden ontwikkeld door Ulrich Wiesner, de Spencer T. Olin Professor of Engineering - hebben aangetoond dat ze iets nog beters kunnen doen:kankercellen doden zonder een cytotoxisch medicijn te hechten.

Een onderzoek onder leiding van Michelle Bradbury, directeur intraoperatieve beeldvorming bij Memorial Sloan Kettering Cancer Center en universitair hoofddocent radiologie bij Weill Cornell Medicine, en Michael Overholtzer, celbioloog bij MSKCC, heeft in samenwerking met Wiesner een verrassende wending gegeven aan de decennialange zoektocht om C-dots uit het lab te halen en in gebruik te nemen als klinische therapie.

hun papier, "Ultrakleine nanodeeltjes induceren ferroptose van kankercellen met een tekort aan voedingsstoffen en onderdrukken tumorgroei, " werd gepubliceerd op 26 september in Natuur Nanotechnologie . Het werk beschrijft hoe C-dots, toegediend in grote doses en met de tumoren in een staat van gebrek aan voedingsstoffen, een type celdood veroorzaken dat ferroptosis wordt genoemd.

"Als je een nanodeeltje zou moeten ontwerpen om kanker te doden, dit zou precies zijn zoals je het zou doen, " zei Wiesner. "Het deeltje wordt goed verdragen in normaal gezond weefsel, maar zodra je een tumor hebt, en onder zeer specifieke voorwaarden, deze deeltjes worden moordenaars."

"In feite, "Bradbury zei, "Dit is de eerste keer dat we hebben aangetoond dat het deeltje intrinsieke therapeutische eigenschappen heeft."

Wiesner's fluorescerende silicadeeltjes, zo klein als 5 nanometer in diameter, waren oorspronkelijk ontworpen om te worden gebruikt als diagnostische hulpmiddelen, zich hechten aan kankercellen en oplichten om een ​​chirurg te laten zien waar de tumorcellen zijn. Mogelijke toepassingen omvatten ook medicijnafgifte en omgevingsdetectie. Een eerste klinische proef bij mensen door de Food and Drug Administration, onder leiding van Bradbury, achtte de deeltjes veilig voor de mens.

Bij het verder testen van de deeltjes in de afgelopen vijf jaar - inclusief de laatste 13 maanden als lid van de Centers of Cancer Nanotechnology Excellence, een initiatief van het National Cancer Institute opgericht in augustus 2015 – Bradbury, Overholtzer, Wiesner en hun medewerkers maakten deze grote, onverwachte vondst.

Wanneer geïncubeerd met kankercellen in hoge doses - en, belangrijk, met kankercellen in een staat van ontbering van voedingsstoffen - Wiesner's met peptide gecoate C-dots tonen het vermogen om ijzer uit de omgeving te adsorberen en dit in kankercellen af ​​te geven. het peptide, alfa-MSH genoemd, is ontwikkeld door Thomas Quinn, hoogleraar biochemie aan de Universiteit van Missouri.

Dit proces veroorzaakt ferroptosis, een necrotische vorm van celdood met breuk van het plasmamembraan - verschillend van de typische celfragmentatie die wordt gevonden tijdens een meer algemeen waargenomen vorm van celdood die apoptose wordt genoemd.

"Het oorspronkelijke doel voor het bestuderen van de stippen in cellen was om te zien hoe goed grotere concentraties zouden worden getolereerd zonder de cellulaire functie te veranderen, Overholtzer zei. "Hoewel hoge concentraties onder normale omstandigheden goed werden verdragen, we wilden ook weten hoe kankercellen onder stress zouden kunnen reageren."

Tot verbazing van de groep binnen 24 tot 48 uur nadat de kankercellen waren blootgesteld aan de stippen, er was een "golf van vernietiging" door de hele celcultuur, zei Wiesner. Tumoren slonken ook wanneer muizen meerdere injecties met hoge doses kregen toegediend zonder enige bijwerkingen, zei Bradbury, co-directeur met Wiesner van het MSKCC-Cornell Center for Translation of Cancer Nanomedicines.

In de voortdurende strijd tegen een ziekte waaraan jaarlijks wereldwijd miljoenen mensen overlijden – kanker heeft verschillende mensen in Wiesners familie, waardoor dit ook een persoonlijke kruistocht voor hem wordt. Een ander wapen hebben kan alleen maar helpen, zei Wiesner.

"We hebben een ander hulpmiddel gevonden waar mensen tot nu toe helemaal niet aan hebben gedacht, " zei hij. "Dit heeft onze manier van denken over nanodeeltjes veranderd en wat ze mogelijk zouden kunnen doen."

Toekomstig werk zal zich richten op het gebruik van deze deeltjes in combinatie met andere standaardtherapieën voor een bepaald tumortype, Bradbury zei, met de hoop de werkzaamheid verder te verbeteren voordat het op mensen wordt getest.

Onderzoekers zullen ook proberen het deeltje aan te passen aan specifieke kankers. "Het is een kwestie van de deeltjes ontwerpen met verschillende bijlagen erop, zodat ze zich binden aan de specifieke kanker waar we naar op zoek zijn, ', aldus Overholtzer.