Een raadsel van kanker is het vermogen van de tumor om ons lichaam te gebruiken als menselijk schild om de behandeling af te wenden. Tumoren groeien tussen normale weefsels en organen, vaak geven artsen weinig andere opties dan schade, gezonde delen van ons lichaam te vergiftigen of te verwijderen in pogingen om de kanker met een operatie terug te dringen, chemotherapie of bestraling.

Maar in een paper gepubliceerd op 27 september in het tijdschrift Klein , wetenschappers van de Universiteit van Washington beschrijven een nieuw systeem om chemotherapiemedicijnen in kleine, synthetische "nanocarrier" -pakketten, die in patiënten kunnen worden geïnjecteerd en op de tumorlocatie kunnen worden gedemonteerd om hun giftige lading vrij te geven.

De groep, onder leiding van UW-hoogleraar materiaalkunde en techniek Miqin Zhang, is niet de eerste die aan nanocarriers werkt. Maar het nanocarrier-pakket dat door het team van Zhang is ontwikkeld, is een hybride van synthetische materialen, die de nanocarrier het unieke vermogen geeft om niet alleen drugs te vervoeren, maar ook minuscule fluorescerende of magnetische deeltjes om de tumor te kleuren en zichtbaar te maken voor chirurgen.

"Ons nanodragersysteem is echt een hybride die in twee behoeften voorziet:medicijnafgifte en tumorbeeldvorming, " zei Zhang, wie is senior auteur op het papier. "Eerst, deze nanodrager kan chemotherapiemedicijnen afleveren en deze in het tumorgebied afgeven, die gezond weefsel spaart van toxische bijwerkingen. Tweede, we laden de nanocarrier met materialen om artsen te helpen de tumor te visualiseren, hetzij met behulp van een microscoop of door MRI-scan."

Hun hybride nanodrager bouwt voort op jarenlang onderzoek naar de soorten synthetische materialen die medicijnen kunnen verpakken voor aflevering in een specifiek deel van het lichaam van een patiënt. Bij eerdere pogingen, wetenschappers probeerden vaak eerst een lege nanodrager te maken van een synthetisch materiaal. Eenmaal gemonteerd, ze zouden de nanodrager laden met een therapeutisch medicijn. Maar deze aanpak was inefficiënt, en had een hoog risico de kwetsbare medicijnen te beschadigen en ze ondoeltreffend te maken.

"De meeste geneesmiddelen voor chemotherapie hebben complexe structuren - in wezen, ze zijn erg kwetsbaar - en ze hebben geen zin als ze gebroken zijn tegen de tijd dat ze de tumor bereiken, " zei Zhang.

Het team van Zhang heeft dit probleem omzeild door een nanocarrier te ontwerpen die tegelijkertijd kan worden geassembleerd en geladen. Hun aanpak is vergelijkbaar met het leggen van lading in een zeecontainer, zelfs als de wanden van de container, vloer en dak worden gemonteerd en aan elkaar vastgeschroefd.

Deze "belasting tijdens assemblage" -techniek liet het team van Zhang ook meerdere chemische componenten opnemen in de structuur van de nanodrager, wat zou kunnen helpen de lading op zijn plaats te houden en de tumor gemakkelijk in klinische omgevingen in beeld te brengen.

Hun nanodrager heeft een kern van ijzeroxide, die structuur geeft maar ook kan worden gebruikt als beeldvormend middel bij MRI-scans. Een schil van silica omringt de kern, en is ontworpen om het chemotherapie-medicijn paclitaxel efficiënt te stapelen. Ze bevatten ook ruimte in de nanodrager voor koolstofstippen, kleine deeltjes die weefsel kunnen "vlekken" en het gemakkelijker maken om onder een microscoop te zien, artsen helpen de grenzen tussen kankerweefsel en gezond weefsel op te lossen voor verdere behandeling of chirurgie. De intensiteit van veel beeldvormende middelen vervaagt na verloop van tijd, maar Zhang zei dat deze nanodrager maandenlang aanhoudende beeldvorming kan bieden.

Maar ondanks het aanhouden van zoveel lading, de volledig geladen nanodragers zijn minder dan de dikte van een vel dun notebookpapier.

De silica schaal houdt de nanocarriers waterdicht. In aanvulling, ze interfereren niet met gezond weefsel, zoals het team van Zhang aantoonde door gezonde muizen te injecteren met lege nanocarriers of nanocarriers geladen met drugslading. Vijf dagen na injectie, ze controleerden vitale organen in de muizen op tekenen van toxiciteit en vonden er geen.

"Dit zou erop wijzen dat de nanodragers zelf geen bijwerking in het lichaam veroorzaken, en dat de geladen nanocarriers hun giftige lading afgeschermd houden van het lichaam, " zei Zhang.

Het UW-team heeft de nanocarriers ook zo ontworpen dat ze gemakkelijk kunnen worden gedemonteerd zodra ze een gewenste locatie hebben bereikt. Zachte verwarming door laag infrarood licht was voldoende om de nanocarriers uit elkaar te laten vallen en hun lading uit te storten. dat is iets dat artsen tijdens de behandeling op de tumorplaats kunnen aanbrengen.

Als hun laatste test van de effectiviteit van nanocarriers, Het team van Zhang wendde zich tot muizen met een vorm van overdraagbare kanker. Muizen die ze injecteerden met lege nanocarriers vertoonden geen vermindering van de tumorgrootte. Maar tumoren slonken aanzienlijk bij muizen die waren geïnjecteerd met nanodragers die waren geladen met paclitaxel. Ze zagen een soortgelijk effect op menselijke kankercellen die in het laboratorium werden gekweekt en getest.

"Deze resultaten laten zien dat de nanodragers hun lading intact op de tumorplaats kunnen afleveren, " zei Zhang. "En hoewel we deze nanodrager speciaal hebben ontworpen om paclitaxel te huisvesten, het is mogelijk om deze techniek aan te passen voor andere medicijnen."

Er zijn nog bergen te beklimmen voordat is bewezen dat deze technologie veilig en effectief is voor mensen. Maar Zhang hoopt dat de aanpak van haar team en de veelbelovende resultaten de beklimming zullen versnellen.