Moderne antikankertherapieën zijn erop gericht tumorcellen aan te vallen en gezond weefsel te sparen. Een interdisciplinair team van onderzoekers van Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) en FU Berlin heeft op dit gebied belangrijke vooruitgang geboekt:de wetenschappers hebben minuscule nanodeeltjes geproduceerd die zijn ontworpen om zich specifiek op kankercellen te richten. Ze kunnen rechtstreeks naar de tumorcellen navigeren en die visualiseren met behulp van geavanceerde beeldvormingstechnieken. Zowel in petrischalen als diermodellen, de wetenschappers waren in staat om de nanodeeltjes effectief naar de kankercellen te leiden. De volgende stap is om de nieuwe techniek te combineren met therapeutische benaderingen.

De HZDR-onderzoekers beginnen met kleine, biocompatibele nanodeeltjes gemaakt van zogenaamde dendritische polyglycerolen die dienen als dragermoleculen. "We kunnen deze deeltjes aanpassen en verschillende functies introduceren, " legt Dr. Kristof Zarschler uit, onderzoeksmedewerker bij HZDR's Institute of Radiopharmaceutical Cancer Research. "Bijvoorbeeld, we kunnen een antilichaamfragment aan het deeltje hechten dat specifiek aan kankercellen bindt. Dit antilichaamfragment is onze targetinggroep die het nanodeeltje naar de tumor leidt."

Het doelwit van de gemodificeerde nanodeeltjes is een antigeen dat bekend staat als EGFR (epidermale groeifactorreceptor). Bij bepaalde vormen van kanker, zoals borstkanker of hoofd-halstumoren, dit eiwit wordt tot overexpressie gebracht op het oppervlak van de cellen. "We waren in staat om aan te tonen dat onze ontworpen nanodeeltjes bij voorkeur interageren met de kankercellen via deze receptoren, " bevestigt Dr. Holger Stephan, leider van de Nanoscalic Systems Group bij HZDR. "In controletests met vergelijkbare nanodeeltjes die waren gemodificeerd met een niet-specifiek antilichaam, beduidend minder nanodeeltjes verzamelden zich bij de tumorcellen."

De wetenschappers bestudeerden het gedrag van de nanodeeltjes intensief, zowel in celculturen als in een diermodel. Voor dit doeleinde, ze voorzagen de nanodeeltjes van extra reporterkenmerken, zoals Kristof Zarschler uitlegt:"We gebruikten twee complementaire mogelijkheden. Naast de antilichamen, we hechtten kleurstofmoleculen en radionucliden aan de nanodeeltjes. Het kleurstofmolecuul zendt uit in het nabij-infraroodspectrum dat het weefsel binnendringt en kan worden gevisualiseerd met een geschikte microscoop. De kleurstof onthult dus waar precies de nanodeeltjes zich bevinden." De radionuclide, koper-64, vervult een soortgelijk doel. Het zendt straling uit die wordt gedetecteerd door een PET-scanner (positron emissie tomografie). De signalen kunnen vervolgens worden omgezet in een driedimensionaal beeld dat de verdeling van de nanodeeltjes in het organisme visualiseert.

Uitstekende eigenschappen in levende organismen

Met behulp van deze beeldvormende technieken onderzoekers hebben kunnen aantonen dat de accumulatie van nanodeeltjes in het tumorweefsel maximaal twee dagen na toediening aan muizen bereikt. De gelabelde nanodeeltjes worden vervolgens via de nieren uitgescheiden zonder het lichaam te belasten. "Ze zijn blijkbaar ideaal qua grootte en eigenschappen, ", zegt Holger Stephan. "Kleinere deeltjes worden in slechts enkele uren uit het bloed gefilterd en hebben dus slechts een kortdurend effect. Indien, anderzijds, de deeltjes zijn te groot, ze hopen zich op in de milt, lever of longen en kan niet via de nieren en de blaas uit het lichaam worden verwijderd." Het samenspel tussen de nanodeeltjes met een exacte grootte van drie nanometer en de aangehechte antilichaamfragmenten heeft duidelijk een positieve invloed op de verdeling en retentie van de antistof in het organisme evenals op zijn uitscheidingsprofiel.

In toekomstige experimenten, de HZDR-onderzoekers willen testen of ze hun systeem kunnen aanpassen om andere componenten te dragen. Kristof Zarschler beschrijft de plannen:"Je kunt deze nanodeeltjes nemen en ze functionaliseren met een werkzame stof. Dan kun je een medicijn rechtstreeks aan de tumor afleveren. Dit kan een therapeutische radionuclide zijn die de tumorcellen vernietigt." Het is ook mogelijk om antilichaamfragmenten te hechten die specifiek zijn voor andere eiwitten dan EGFR om verschillende soorten kanker aan te pakken.