Metalen nanomoleculen die medicijnen precies daar kunnen brengen waar ze nodig zijn, kunnen op een dag helpen bij de behandeling van patiënten met een dodelijke longaandoening.

Wetenschappers van het Imperial College London hebben een nieuw type nanodeeltje getest, metal organic frameworks (MOF) genaamd - kleine metalen kooien van minder dan 100 nanometer breed die kunnen worden geladen met medicijnmoleculen - waarvan ze denken dat ze mogelijk kunnen worden gebruikt om patiënten te behandelen met een verwoestende aandoening genaamd pulmonale arteriële hypertensie (PAH).

Bij PAH vernauwen en verdikken de bloedvaten van de longen zich, bloeddruk verhogen en ervoor zorgen dat de rechterkant van het hart harder en harder werkt, totdat het uiteindelijk niet lukt. De aandoening is zeldzaam maar verwoestend en kan mensen van alle leeftijden treffen, inclusief baby's, jongvolwassenen en ouderen. Patiënten in het late stadium van de ziekte hebben weinig andere behandelingsopties dan transplantatie, met een gemiddelde overlevingstijd van ongeveer vijf jaar na diagnose.

Hoewel er geen remedie is voor PAH, bestaande behandelingen werken door deze bloedvaten te openen. Deze medicijnen werken in op bloedvaten door het hele lichaam, echter, waardoor de bloeddruk daalt en wat resulteert in een aantal bijwerkingen – wat betekent dat de dosis waarmee deze geneesmiddelen kunnen worden gegeven, beperkt is.

In hun laatste onderzoek, online gepubliceerd in Longcirculatie , de multidisciplinaire groep van Imperial beschrijft hoe zij de eerste in een aantal stappen heeft genomen om nanodeeltjes te ontwikkelen die medicijnen rechtstreeks in de longen kunnen afleveren, waaruit blijkt dat de basisstructuren niet schadelijk zijn voor cellen.

Professor Jane Mitchell, van het National Heart and Lung Institute in Imperial, die het onderzoek leidde, zei:"De hoop is dat het gebruik van deze aanpak uiteindelijk zal leiden tot hoge concentraties van medicijnen die we nu al moeten leveren aan alleen de bloedvaten in de longen, en bijwerkingen verminderen. Voor patiënten met pulmonale arteriële hypertensie, het zou kunnen betekenen dat we het van een fatale toestand kunnen veranderen, tot een chronisch beheersbare."

Metalen kooien voor medicijnafgifte

De kleine metalen structuren – samengesteld uit ijzer – werden gemaakt in het laboratorium van professor Paul Lickiss en dr. Rob Davies, van de afdeling Scheikunde en door Dr. Nura Mohamed tijdens haar promotieonderzoek bij Imperial. Dr Mohammed, die werd gefinancierd door de Qatar Foundation, maakte de structuren zodat bestaande medicijnen die worden gebruikt om PAK te behandelen erin passen.

Deze structuren werden getest in menselijke longcellen en bloedvatcellen, die werden gekweekt uit stamcellen in het bloed van patiënten met PAH. Het team ontdekte dat de structuren ontstekingen verminderden en niet giftig waren voor de cellen.

Verdere tests toonden aan dat de MOF's veilig waren bij ratten, bij dieren die gedurende een periode van twee weken werden geïnjecteerd met MOF's die weinig bijwerkingen vertoonden - behalve een lichte ophoping van ijzer in de lever.

"Een van de grootste beperkingen in nanogeneeskunde is toxiciteit, sommige van de beste nanogeneeskundige structuren komen niet voorbij de beginfasen van ontwikkeling omdat ze cellen doden, " zei professor Mitchell. "We hebben deze prototype MOF's gemaakt, en hebben aangetoond dat ze niet giftig waren voor een hele reeks menselijke longcellen."

MOF's zijn een interessegebied in nanogeneeskunde, met ingenieurs die ernaar streven ze te ontwikkelen als dragers die drugslading kunnen vasthouden, onder bepaalde voorwaarden vrijgeven, zoals veranderingen in pH, temperatuur, of zelfs wanneer de nanostructuren door magneten buiten het lichaam naar het doelgebied worden getrokken.

Naast de bevinding dat hun ijzeren nanostructuren niet-toxisch waren, het team is van mening dat de MOF's aanvullende therapeutische eigenschappen kunnen hebben. Er waren aanwijzingen voor ontstekingsremmende eigenschappen, waarbij de MOF's de niveaus van een ontstekingsmarker in de bloedvaten verlagen, genaamd endotheline-1, waardoor slagaders vernauwen. In aanvulling, ijzer is ook een contrastmiddel, wat betekent dat het op scans van de longen zou verschijnen om te laten zien waar het medicijn was bereikt.

De MOF's zijn nog niet getest bij patiënten, maar de volgende stap is om de kleine metalen structuren met medicijnen te laden en de beste manier te vinden om ze hun lading op de longen te laten richten. De onderzoekers zijn ervan overtuigd dat, indien succesvol, de aanpak zou kunnen verschuiven naar proeven voor patiënten, met een kandidaat-geneesmiddel klaar om binnen de komende vijf jaar te testen. De MOF's kunnen mogelijk door een inhalator in de longen worden afgeleverd, of toegediend via injectie.

"In deze studie hebben we het principe bewezen dat dit type drager het potentieel heeft om te worden geladen met een medicijn en gericht op de longen, " legde professor Mitchell uit. "Dit is fundamenteel onderzoek en hoewel deze specifieke MOF misschien niet degene is die het tot een medicijn maakt om PAH te behandelen, ons werk opent het idee dat deze ziekte moet worden overwogen met meer onderzoeksinspanningen voor gerichte medicijnafgifte."