Bij de behandeling van kanker, chemotherapie is een hakmes, geen scalpel. Door snel delende cellen aan te vallen, chemotherapie bestrijdt effectief tumoren, maar het verwoest ook gezonde cellen in de darm, beenmerg, de hoofdhuid en andere organen, leiden tot ernstige bijwerkingen. Deze giftige chemicaliën redden levens, maar tegen een hoge prijs voor het welzijn van de patiënt.

In een poging om de balans te laten doorslaan naar de voordelen van chemotherapie, Glen Kwon, een professor aan de University of Wisconsin-Madison School of Pharmacy, wendt zich tot nanodeeltjes die de therapeutische eigenschappen van deze medicijnen kunnen versterken.

In nieuw werk dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd ACS Nano , Kwon's lab ontwikkelde een gestabiliseerde vorm van een veelvoorkomend chemotherapiemiddel, gemcitabine, en ingepakt in nanodeeltjes die hun afgifte kunnen vertragen. In muismodellen van menselijke longkanker, het verbeterde medicijn remde de tumorgroei effectiever dan standaard gemcitabine.

"Er is veel hype geweest over nanotechnologie, " zegt Kwon, die al meer dan 20 jaar in het veld werkt. "Het is een ambitieus doel:drugs richten op bepaalde plaatsen in ons lichaam."

Dat doel kan ver weg zijn, Kwon zegt, maar deeltjes die medicijnen in het lichaam brengen - bekend als nanodragers - blijken al effectief te zijn. "Wat nanodragers kunnen doen, is de toxiciteit verminderen, " hij zegt.

In het werk met zijn afgestudeerde student Tony Tam twee jaar geleden, Kwon ontwikkelde een verbeterd systeem voor het afleveren van het chemotherapiemedicijn paclitaxel, gewoonlijk verkocht als Taxol, tijdens de behandeling. Tam bevestigde een korte keten van melkzuur aan het medicijn, waardoor het in nanocarriers kon worden geladen, gedeeltelijk, van melkzuur. De nanodrager is al eerder bij mensen gebruikt.

Dus als u zich tot gemcitabine wendt, Tam probeerde dezelfde tactiek:voeg melkzuurketens toe en laad het in de nanocarrier.

"Maar de eerste proef die we hadden was helemaal niet stabiel, " zegt Tam, nu een senior wetenschapper bij Merck in San Francisco. Om de stabiliteit van het medicijn te vergroten, hij wendde zich tot 30-jarige werk uit Japan.

In 1980, onderzoekers van de Universiteit van Kyoto combineerden melkzuurketens die identiek waren op één belangrijk kenmerk na:hun handigheid. Veel moleculen komen in spiegelbeeld van zichzelf, en toen de Japanse onderzoekers links- en rechtshandige versies van melkzuurpolymeren combineerden, de resulterende kristallen, stereocomplexen genoemd, waren veel stabieler.

Toen Tam gemcitabine-gekoppelde stereocomplexen van melkzuur produceerde en ze in de nanodrager laadde, de stabiliteit van het medicijn piekte. Vergeleken met gemcitabine dat alleen aan de linkshandige vorm van melkzuur is gebonden, het stereocomplex gaf gemcitabine 15 keer langzamer vrij in een kunstmatige oplossing. Omdat gemcitabine zo snel in het lichaam afbreekt, het wordt meestal in hoge doses gegeven om ervoor te zorgen dat er genoeg de tumor bereikt. Als dit nanodragersysteem de afgifte in het lichaam vertraagde, het kan zachtere doses betekenen.

nieuwsgierig, de nanodeeltjes namen een onverwachte vorm aan. Terwijl vergelijkbare nanodragers medicijnen in een bol omhullen, afbeeldingen genomen op atomaire schaal laten zien dat de gemcitabine stereocomplexen een uitgerekte, cilindrische vorm. Je zou 10 kunnen stapelen, 000 van deze cilinders end-on-end binnen de dikte van een stuk papier.

Bij muizen met een door mensen afgeleide niet-kleincellige longkankerlijn, behandeling met de stereocomplexed nanocarriers gedurende drie weken zorgde ervoor dat de tumoren niet groeiden. In tegenstelling tot, de tumoren verdubbelden meer dan in omvang bij de muizen die werden behandeld met standaard gemcitabine. De muizen werden behandeld met een vrij lage dosis om verschillen tussen de vormen van gemcitabine vast te stellen.

"Uiteindelijk is ons doel om dit in de mens te krijgen, " zegt Kwon, zoveel stappen toevoegen, zoals opschaling van de productie en voorbereidende veiligheidsstudies, vereist zal zijn.

Met de Wisconsin Alumni Research Foundation, Kwon en Tam dienden een patent in op basis van hun modificaties aan gemcitabine die de stabiliteit en afgifte ervan verbeterden. En Kwon was medeoprichter van Co-D Therapeutics, een preklinisch bedrijf dat op nanodragers gebaseerde geneesmiddelen ontwikkelt op basis van zijn eerdere werk met paclitaxel.

"Dit onderzoek was gebaseerd op echt goed teamwork in de School of Pharmacy-gemeenschap, " zegt Tam, opmerkend dat leden van twee andere laboratoria in de school hebben bijgedragen aan het ACS Nano-papier.

"Samenwerking is heel belangrijk."