Onderzoekers van U of T Engineering hebben ontdekt dat een actieve, in plaats van passief, proces bepaalt welke nanodeeltjes solide tumoren binnendringen. De bevinding zet het eerdere denken op het gebied van nanogeneeskunde voor kanker op zijn kop en wijst in de richting van effectievere nanotherapieën.

De heersende theorie in nanogeneeskunde voor kanker - een benadering die meer gerichte therapieën mogelijk maakt dan standaardchemotherapie - is dat nanodeeltjes voornamelijk passief in tumoren diffunderen via kleine openingen tussen cellen in het endotheel, die de binnenwand van bloedvaten bekleedt die de tumorgroei ondersteunen.

De onderzoekers toonden eerder aan dat minder dan één procent van de op nanodeeltjes gebaseerde medicijnen hun tumordoelen bereiken. In de huidige studie, het team ontdekte dat onder nanodeeltjes die tumoren binnendringen, meer dan 95 procent passeert endotheelcellen - niet tussen gaten tussen die cellen.

"Ons werk daagt lang gekoesterde dogma's in het veld uit en suggereert een volledig nieuwe theorie, " zegt Abdullah Syed, een co-hoofdauteur van de studie en een postdoctoraal onderzoeker in het lab van Warren Chan, een professor aan het Institute of Biomaterials and Biomedical Engineering (IBBME) en het Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research.

Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in Natuurmaterialen .

"We zagen veel nanodeeltjes de endotheelcellen binnendringen vanuit bloedvaten en onder verschillende omstandigheden de tumor binnengaan. Endotheelcellen lijken cruciale poortwachters te zijn in het transportproces van nanodeeltjes."

Syed vergelijkt nanodeeltjes met mensen die op een drukke avond in populaire restaurants proberen te komen. "Sommige restaurants vereisen geen reservering, terwijl anderen bouncers hebben die controleren of klanten reserveringen hebben gemaakt, "zegt hij. "De uitsmijters komen veel vaker voor dan onderzoekers dachten, en de meeste plaatsen accepteren alleen klanten met een reservering."

De onderzoekers stelden vast dat passieve diffusie niet het toegangsmechanisme was met meerdere bewijslijnen. Ze namen meer dan 400 foto's van weefselmonsters van diermodellen, en zag weinig endotheliale hiaten ten opzichte van nanodeeltjes. Ze observeerden dezelfde trend met behulp van 3D-fluorescerende beeldvorming en beeldvorming van levende dieren.

evenzo, ze vonden weinig openingen tussen endotheelcellen in monsters van menselijke kankerpatiënten.

De groep bedacht vervolgens een diermodel dat het transport van nanodeeltjes door endotheelcellen volledig stopt. Hierdoor konden ze de bijdrage van passief transport isoleren via openingen tussen endotheelcellen, die minuscuul bleek te zijn.

De onderzoekers stellen verschillende actieve mechanismen voor waardoor endotheelcellen nanodeeltjes in tumoren kunnen transporteren, inclusief bindende mechanismen, intra-endotheliale kanalen en nog onontdekte processen, die ze allemaal onderzoeken.

In de tussentijd, de resultaten hebben grote implicaties voor op nanodeeltjes gebaseerde therapieën.

"Deze bevindingen zullen de manier veranderen waarop we denken over het afleveren van medicijnen aan tumoren met behulp van nanodeeltjes, " zegt Shrey Sindhwani, ook een co-lead auteur op het papier en een MD/Ph.D. student in het lab van Chan. "Een beter begrip van het transportfenomeen van nanodeeltjes zal onderzoekers helpen om effectievere therapieën te ontwerpen."