science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Nanomedisch behandelconcept combineert NO-gastherapie met uithongering van tumorcellen

Krediet:Wiley

Biocompatibele nanocapsules, geladen met een aminozuur en uitgerust met een enzym combineren nu twee antitumorstrategieën in een synergetisch behandelconcept. Onderzoekers hopen dat dit de effectiviteit verhoogt en bijwerkingen vermindert. In het journaal Angewandte Chemie , de wetenschappers leggen het concept uit:tumorcellen worden beroofd van hun voedingsstof glucose omdat dit wordt omgezet in het giftige stikstofmonoxide (NO) en waterstofperoxide (H2O2).

NO is een giftig gas dat smog veroorzaakt. Echter, in lage concentraties in het lichaam is het een belangrijk boodschappermolecuul dat onder meer de bloedsomloop en het libido regelt. Het is ook een belangrijk fysiologisch verdedigingswapen tegen schimmels en bacteriën. In hogere concentraties, NO is in staat tumorcellen te doden en de effectiviteit van fotodynamische en radiologische behandelingen te vergroten. Voor klinisch gebruik, NO moet worden vrijgegeven in het doelgebied van een biocompatibele voorloper.

Het natuurlijke aminozuur L-arginine (L-Arg) kan in een dergelijk systeem nuttig zijn, omdat het natieve enzym-induceerbare NO-synthase (iNOS) NO maakt uit L-Arg. NO wordt ook gevormd wanneer L-Arg wordt geoxideerd door H2O2. Dit is interessant omdat de micro-omgeving rond tumoren rijk is aan H2O2. Deze benadering van NO-gastherapie wordt gevolgd door onderzoekers van de Universiteit van Shenzhen (China), de National Institutes of Health (Bethesda, VS), en de Universiteit van Maryland (College Park, VS). Hun speciale draai is om deze gastherapie te combineren met een methode om kankercellen uit te hongeren in een synergetische behandeling.

In plaats van een tumor uit te hongeren door de bloedvaten te blokkeren die hem voeden, de onderzoekers willen de glucose die de tumor nodig heeft voor voeding verwijderen door het te consumeren in een stofwisselingsreactie:het enzym glucose-oxidase (GOx) zet de glucose om in gluconzuur en H2O2. De verhoogde H2O2-concentratie is een nuttige bijwerking, omdat H2O2 zowel cytotoxisch is als de afgifte van NO uit L-Arg versnelt. Een ander nuttig neveneffect is dat H2O2 en NO reageren om zeer giftige peroxynitrieten te vormen die de tumorcellen beschadigen.

Het onderzoeksteam onder leiding van Peng Huang, Tianfu Wang, en Xiaoyuan Chen heeft nu een belangrijke mijlpaal bereikt in de ontwikkeling van dit concept. Ze hebben biocompatibele, biologisch afbreekbaar, poreuze nanocapsules gemaakt van organosilicaten die GOx en L-Arg gelijktijdig in tumorcellen transporteren. GOx is gebonden aan het oppervlak; L-Arg wordt in de capsule bewaard. Terwijl de GOx direct na injectie van de nanocapsules in de tumor actief is, L-Arg wordt beetje bij beetje vrijgegeven, eerst door de capsuleporiën, dan als de capsule uiteenvalt. Door hun grote holte kunnen de capsules ook dienen als ultrasoon contrastmateriaal voor een betere lokalisatie van de tumor.

Experimenten met zowel celculturen als muizen hebben het significante synergetische effect van deze combinatietherapie aangetoond, die met succes de celgroei remt, initieert celdood, en krimpt de tumoren bij muizen.