Medicijnen hebben vaak ongewenste bijwerkingen. Een reden is dat ze niet alleen de ongezonde cellen bereiken waarvoor ze bedoeld zijn, maar ook bereiken en impact hebben op gezonde cellen. Onderzoekers van de Technische Universiteit van München (TUM), in samenwerking met het KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, hebben een stabiele nanodrager voor medicijnen ontwikkeld. Een speciaal mechanisme zorgt ervoor dat de medicijnen alleen in zieke cellen vrijkomen.

Het menselijk lichaam is opgebouwd uit miljarden cellen. In het geval van kanker, het genoom van een aantal van deze cellen is pathologisch veranderd, zodat de cellen zich ongecontroleerd delen. De oorzaak van virusinfecties wordt ook gevonden in de aangetaste cellen. Tijdens chemotherapie bijv. medicijnen worden gebruikt om te proberen deze cellen te vernietigen. Echter, de therapie heeft invloed op het hele lichaam, ook gezonde cellen beschadigen en bijwerkingen veroorzaken die soms behoorlijk ernstig zijn.

Een team van onderzoekers onder leiding van Prof. Oliver Lieleg, hoogleraar biomechanica en lid van de TUM Munich School of BioEngineering, en Prof. Thomas Crouzier van de KTH heeft een transportsysteem ontwikkeld dat de actieve stoffen van medicijnen alleen in aangetaste cellen vrijgeeft. "De medicijndragers worden door alle cellen geaccepteerd, " legt Lieleg uit. "Maar alleen de zieke cellen zouden de afgifte van het actieve middel moeten kunnen veroorzaken."

Synthetisch DNA houdt de medicijndragers gesloten

De wetenschappers hebben nu aangetoond dat het mechanisme functioneert in tumormodelsystemen op basis van celculturen. Eerst verpakten ze de actieve ingrediënten. Voor dit doeleinde, ze gebruikten zogenaamde mucinen, het hoofdbestanddeel van het slijm dat bijvoorbeeld op de slijmvliezen van de mond wordt aangetroffen, maag en darmen. Mucinen bestaan ​​uit een eiwitachtergrond waaraan suikermoleculen zijn gekoppeld. "Omdat mucinen van nature in het lichaam voorkomen, geopende mucinedeeltjes kunnen later door de cellen worden afgebroken, ' zegt Lieleg.

Een ander belangrijk onderdeel van het pakket komt ook van nature in het lichaam voor:deoxyribonucleïnezuur (DNA), de drager van onze genetische informatie. De onderzoekers creëerden synthetisch DNA-structuren met de gewenste eigenschappen en bonden deze structuren chemisch aan de mucinen. Als nu glycerol wordt toegevoegd aan de oplossing die de mucine-DNA-moleculen en het actieve ingrediënt bevat, de oplosbaarheid van de mucinen neemt af, ze vouwen op en omsluiten het actieve middel. De DNA-strengen hechten zich aan elkaar en stabiliseren zo de structuur zodat de mucinen zich niet meer kunnen ontvouwen.

Het slot om de sleutel

De DNA-gestabiliseerde deeltjes kunnen alleen met de juiste "sleutel" worden geopend om de ingekapselde werkzame stofmoleculen weer vrij te geven. Hier gebruiken de onderzoekers zogenaamde microRNA-moleculen. RNA of ribonucleïnezuur heeft een structuur die sterk lijkt op die van DNA en speelt een belangrijke rol bij de synthese van eiwitten door het lichaam; het kan ook andere celprocessen reguleren.

"Kankercellen bevatten microRNA-strengen waarvan we de structuur precies kennen, " legt Ceren Kimna uit, hoofdauteur van de studie. "Om ze als sleutels te gebruiken, we hebben het slot dienovereenkomstig aangepast door de synthetische DNA-strengen die onze medicatiedragerdeeltjes stabiliseren zorgvuldig te ontwerpen." De DNA-strengen zijn zo gestructureerd dat het microRNA eraan kan binden en als resultaat de bestaande bindingen die de structuur stabiliseren afbreken De synthetische DNA-strengen in de deeltjes kunnen ook worden aangepast aan microRNA-structuren die voorkomen bij andere ziekten zoals diabetes of hepatitis.

De klinische toepassing van het nieuwe mechanisme is nog niet getest; aanvullend laboratoriumonderzoek met complexere tumormodelsystemen is eerst nodig. De onderzoekers zijn ook van plan om dit mechanisme verder te wijzigen om actieve stoffen vrij te maken om bestaande kankertherapieën te verbeteren.