Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin hebben nieuwe richtlijnen ontwikkeld voor het vervaardigen van gelmaterialen op nanoschaal, of nanogels, die tal van therapeutische behandelingen kan leveren om kanker op een precieze manier te behandelen. Naast het mogelijk maken van de levering van medicijnen als reactie op tumoren, hun nanogels kunnen zich richten op kwaadaardige cellen (of biomarkers), degraderen tot niet-toxische componenten en meerdere klinische functies uitvoeren.

Het belangrijkste kenmerk van de nanogels van de technische onderzoekers is hun vermogen om chemisch te worden gemodificeerd of te "versieren" met veel bioactieve moleculen. Deze modificaties geven de gedecoreerde nanogels meer diverse fysische en chemische eigenschappen dan enige andere bestaande techniek, ondanks hun identieke oorsprong. dergelijke systemen, die het potentieel hebben om op specifieke ziekten of zelfs individuele patiënten te worden afgestemd, kan in de toekomst een handig hulpmiddel zijn voor oncologen.

In een studie gepubliceerd in het laatste nummer van wetenschappelijke vooruitgang , onderzoekers van het Department of Biomedical Engineering en het McKetta Department of Chemical Engineering van de Cockrell School of Engineering schetsen de ontwikkeling van deze multifunctionele nanogels voor de behandeling van kanker. Na een reeks chemische modificaties, de nanogels zijn in staat om gelijktijdig of achtereenvolgens het volgende uit te voeren:het laden en afgeven van medicijnen, reageren op unieke pH-omgevingen, identificeren van biomarkers, licht omzetten in therapeutische verwarming en degradatiekenmerken vertonen.

Het onderzoeksteam, geleid door drug delivery pionier Nicholas Peppas, een professor in de afdelingen biomedische technologie en chemische technologie, het UT College of Pharmacy en de Dell Medical School, voerde het onderzoek gedurende vier jaar uit bij het Instituut voor Biomaterialen van de UT, Geneesmiddelafgifte en regeneratieve geneeskunde, die Peppas regisseert.

Ze synthetiseerden en zuiverden nanogels die carbonzuren bevatten, chemische functionele groepen die veel voorkomen in natuurlijke biologische moleculen. Met deze functionele groepen konden de onderzoekers modificeren, of chemisch koppelen, de nanogels tot bioactieve moleculen, zoals kleine moleculen, peptiden en eiwitten. Er was een combinatie van aanpassingen nodig om de nanogels aan te passen voor gerichte en milieugevoelige medicijnafgifte.

"Een manier om aan onze nanogel te denken is als een leeg canvas, " zei John Clegg, wie was een Ph.D. kandidaat aan de Cockrell School toen hij aan de studie werkte en momenteel een postdoctoraal onderzoeker is aan de Harvard University. "Onaangeroerd, een leeg canvas is niets meer dan wat hout en stof. Hetzelfde, de nanogel is een eenvoudige structuur (gemaakt van polymeerverbindingsmiddelen en water). Wanneer het wordt gewijzigd, of versierd, met verschillende bioactieve groepen, het behoudt de activiteit van elke toegevoegde groep. Dus, het systeem kan vrij eenvoudig of behoorlijk geavanceerd zijn."

De modulaire aanpak van het team:het combineren van veel nuttige onderdelen in één enkele, groter geheel - wordt vaak toegepast op andere technische systemen, inclusief maar niet beperkt tot robotica en productie. De onderzoekers van Texas Engineering hebben soortgelijke logica toegepast, behalve op nanoschaal, om hun nanogels te ontwikkelen.

De onderzoekers geven aan dat hun werk ook kan dienen als blauwdruk voor benaderingen van "precisiegeneeskunde". In de precisiegeneeskunde, een patiënt wordt behandeld met nauwkeurig afgestemde doses gerichte therapieën, voorgeschreven in hoeveelheden die overeenkomen met de bekende kenmerken van een patiënt en de ziekte die worden vastgesteld in diagnostische tests.

"Als nanodeeltjesdragers zoals onze nanogels nuttig moeten zijn voor toepassingen in de precisiegeneeskunde, ze moeten voldoende aanpasbaar zijn om aan de behoeften van elke patiënt te voldoen, " zei Clegg. "Wij geloven dat onze aanpak, waarbij een basisnanogel is aangepast aan de unieke kenmerken van een individuele patiënt en meerdere therapeutische modaliteiten mogelijk maakt, is voordelig in vergelijking met het ontwikkelen van veel afzonderlijke platforms, die elk een enkele therapie leveren."

De onderzoekers zijn van mening dat hun studie kan dienen als een praktische gids en proof of concept voor wetenschappers die materialen op nanoschaal ontwikkelen voor toepassingen in de precisiegeneeskunde.