Kanker doodt meer dan een half miljoen mannen, Dames, en kinderen elk jaar in de VS, en chemotherapie is slechts iets meer onderscheidend dan de ziekte die het behandelt. Als resultaat, veel kankerbehandelingen doden cellen door het hele lichaam en veroorzaken ernstige bijwerkingen. Nieuw IRP-onderzoek zou dit probleem kunnen oplossen door een manier te creëren om die giftige verbindingen alleen vrij te geven wanneer en waar artsen dat willen.

Recente revoluties in de materiaalwetenschap stellen onderzoekers in staat om materialen te manipuleren op het niveau van individuele moleculen en atomen.

Wetenschappers profiteren van deze doorbraken om methoden te ontwikkelen om de locatie te controleren, timing, en dosering van medicijntoediening in het lichaam.

Dergelijke technieken zouden een bijzondere zegen zijn voor kankerpatiënten, omdat chemotherapiemedicijnen giftig zijn voor zowel tumorcellen als bepaalde gezonde cellen. Als resultaat, wanneer die medicijnen op traditionele wijze worden toegediend en door het hele lichaam circuleren, ze veroorzaken ernstige bijwerkingen. Als de medicijnen op de een of andere manier in bedwang konden worden gehouden totdat ze een tumor bereiken, de behandeling zou zowel effectiever als minder schadelijk zijn voor de rest van het lichaam.

"In het afgelopen decennium aanzienlijke onderzoeksinspanningen waren gericht op het ontwerpen van nanomaterialen waarvan de eigenschappen en, daarom, gedrag worden op een programmeerbare manier gereguleerd, ", zegt IRP-senior onderzoeker Xiaoyuan 'Shawn' Chen, doctoraat, de senior auteur van de nieuwe studie. "De uitdaging is om een ​​medicijnafgiftesysteem te ontwerpen en te synthetiseren dat gevoelig is voor zowel tumorspecifieke interne stimuli zoals pH als externe stimuli zoals warmte of een magnetisch veld."

In hun nieuwe studie Dr. Chen en zijn team deden precies dat. Hun geavanceerde medicijnafgiftesysteem is gebaseerd op twee afzonderlijke 'logische poorten, ' die elk fungeren als een veiligheidsschakelaar om de afgifte van een medicijn te voorkomen, tenzij aan een bepaalde voorwaarde is voldaan. Soortgelijke methoden zijn in het verleden ontworpen die één logische poort gebruiken, maar Dr. Chen's is de eerste die er twee gebruikt.

"Twee logische poorten kunnen nauwkeurigere en controleerbare medicijnafgifte en -afgifte bereiken, "legt hij uit. "Het vrijgeven van medicijnen kan alleen worden uitgevoerd onder de voorwaarde dat gelijktijdig aan meerdere interne en externe stimuli wordt voldaan, om de toxiciteit van geneesmiddelen te verminderen en een gerichte afgifte te bereiken."

De behandelaanpak van Dr. Chen maakt gebruik van speciaal ontworpen, microscopisch kleine verpakkingen genaamd nanovesicles gevuld met een gemodificeerd chemotherapiemedicijn, die is samengesteld uit twee moleculen van het kankergeneesmiddel doxorubicine, verbonden met een kleurstofmolecuul dat opwarmt wanneer het nabij-infrarood licht absorbeert. Net als veel traditionele chemotherapieën, de nanoblaasjes worden in een ader geïnjecteerd en reizen door het lichaam, inclusief de tumor. De eerste logische poort wordt ontgrendeld wanneer een arts een laser van nabij-infrarood licht in de tumor schijnt. Wanneer de laser de nanoblaasjes raakt die tussen de kankercellen zitten, het verwarmt de kleurstof die aan de doxorubicine is bevestigd. De verhoogde temperatuur zorgt er vervolgens voor dat een andere chemische stof in de nanoblaasjes afbreekt en onstabiel vrijkomt, zeer reactieve atomen die vrije radicalen worden genoemd. De vrije radicalen reageren met de schaal van de nanoblaasjes, die is gemaakt van een materiaal dat degradeert wanneer het vrije radicalen tegenkomt.

Zodra het blaasje is gedesintegreerd, het gemodificeerde chemotherapiemedicijn stroomt uit in de tumor. Op dit punt, de tweede logische poort wordt geactiveerd door de zure omgeving in de tumor, die de speciale chemische binding verbreekt die het doxorubicine-medicijn verbindt met het warmtegenererende kleurstofmolecuul. Eenmaal losgelaten, het medicijn kan grote schade aanrichten aan de tumor.

Talloze experimenten toonden aan dat het medicijnafgiftesysteem precies werkte zoals het team van Dr. Chen het had ontworpen, het voorkomen van de afgifte van de chemotherapie, behalve wanneer de nanovesicles werden blootgesteld aan omstandigheden die warmer en zuurder zijn dan die welke gewoonlijk in het menselijk lichaam worden aangetroffen. Bovendien, de medicijnafgiftemethode verminderde de grootte van tumoren bij muizen aanzienlijk en verlengde het leven van de dieren terwijl ze minimale schade aan de rest van hun lichaam veroorzaakten.

Het team van Dr. Chen moet nu verdere tests uitvoeren met verschillende soorten tumoren. De groep is ook van plan om hun methode voor het maken van de speciaal ontworpen nanoblaasjes op te schalen, en naast een laser andere manieren onderzoeken om de afgifte van het medicijn te activeren, omdat lasers moeite kunnen hebben om tumoren in bepaalde delen van het lichaam te bereiken.

"Het is een veelbelovend systeem voor medicijnafgifte en medicijnafgifte, " Dr. Chen zegt. "Het kan de medicijnafgifte nauwkeuriger controleren en het therapeutische effect verbeteren terwijl de toxische effecten en bijwerkingen van chemotherapiemedicijnen worden verminderd."