Polymeer- en radionuclidechemici van de Universiteit van Alabama in Birmingham rapporteren wat zij zeggen "een belangrijke stap voorwaarts kan betekenen in systemen voor het afleveren van microcapsules."

De UAB-microcapsules - gelabeld met radioactief zirkonium-89 - zijn het eerste voorbeeld van holle polymeercapsules die in staat zijn op lange termijn, meerdaagse positronemissietomografie, of PET, beeldvorming in vivo. In eerder werk, UAB-onderzoekers toonden aan dat de holle capsules gevuld konden worden met een krachtige dosis van het kankermedicijn doxorubicine, die vervolgens zou kunnen worden vrijgegeven door therapeutische echografie die de microcapsules scheurt.

Met PET-beeldvorming met zirkonium-89 - met een halfwaardetijd van 3,3 dagen - konden de capsules tot zeven dagen worden getraceerd in testmuizen. De belangrijkste stap voorwaarts in het huidige onderzoek was de covalente opname van een zirkoniumchelator, deferoxamine of DFO, in de lagen van de microcapsules. Dit verhoogde de hechte binding van de positron-emitter zirkonium-89 aan de microcapsulewand.

"De geproduceerde systemen vertegenwoordigen een voorbeeld van een geavanceerd theranostisch middel met de mogelijkheid om gecontroleerde medicijnafgifte te combineren met stabiele PET-beeldvormingsmogelijkheden, " zei Eugenia Kharlampieva, doctoraat, en Suzanne Lapi, doctoraat, co-senior auteurs. "We zijn van mening dat dit systeem ook de basis vormt voor een universele drager voor medicijnafgifte die kan worden gekoppeld aan geavanceerde gerichte behandelingen, zoals op de patiënt afgestemde gentherapieën, en kan leiden tot de verbetering van de menselijke gezondheid door moleculair gerichte, beeldgestuurde precisie medicijnafgifte."

Dit medicijnafgiftesysteem zou - na oppervlaktemodificaties om de targetingmogelijkheden te vergroten - een niet-invasief alternatief kunnen bieden voor kankerchirurgie of systemische chemotherapie voor solide tumoren. De term theranostisch, een samentrekking van de woorden therapie en diagnostiek, verwijst naar nanodeeltjes of microcapsules die kunnen dienen als diagnostische beeldvormingsmiddelen en als therapeutische dragers voor medicijnafgifte.

De relatieve schaarste van zirkonium-89 gefunctionaliseerde deeltjes, Kharlampieva en Lapi suggereren, kan te wijten zijn aan zowel de schaarste aan laboratoria die met deze isotoop kunnen werken als de uitdagingen die gepaard gaan met de stabiele opname ervan in een polymere geneesmiddeldrager. Bij UAB, Kharlampieva is professor aan het UAB College of Arts and Sciences Department of Chemistry en mededirecteur van het UAB Centre for Nanomaterials and Biointegration. Haar laboratorium voor polymeerchemie heeft baanbrekend onderzoek verricht naar holle microcapsules die zijn opgebouwd uit afwisselende lagen biocompatibel looizuur en poly(N-vinylpyrrolidon), of TA/PVPON. De lagen worden gevormd rond een offerkern die wordt opgelost nadat de lagen voltooid zijn. In het huidige onderzoek is de chelator DFO was covalent gekoppeld aan de PVPON, en de capsules waren samengesteld uit afwisselende lagen TA en PVPON-DFO, voor een totaal van zes of 12 dubbellagen.

Lapi is hoogleraar radiologie en vicevoorzitter Translational Research, en zij is de directeur van de UAB Cyclotron Facility, die zowel klinische als onderzoeksradionucliden produceert. Lapi geeft ook leiding aan het Radiochemistry Laboratory en de Division of Advanced Medical Imaging Research.

De UAB-onderzoekers ontdekten dat (TA/PVPON-DFO) zesdubbellaagse capsules behouden, gemiddeld, 17 procent meer zirkonium-89 dan hun (TA/PVPON) tegenhangers, bewijs dat het koppelen van DFO aan PVPON zorgt voor stabiele chelatie. In vivo PET-beeldvorming van muizen vertoonde uitstekende stabiliteit en beeldcontrast dat zeven dagen na injectie nog steeds aanwezig was. De capsules hoopten zich voornamelijk op in de milt, lever en longen, en er was een verwaarloosbare accumulatie in het dijbeen. Aangezien het dijbeen de plaats is waar vrij zirkonium-89 zich ophoopt, dit gebrek aan accumulatie in het dijbeen bevestigde een stabiele binding van de radiotracer aan de capsule. Eindelijk, door therapeutische niveaus van ultrageluid toe te passen op de met zirkonium gefunctionaliseerde capsules kwam het antikankergeneesmiddel doxorubicine - geladen in de microcapsules - in therapeutische hoeveelheden vrij.

Dus, de microcapsules overwinnen drie beperkingen die worden waargenomen bij de meeste huidige PET-geleide theranostische middelen:1) slechte retentie van radiometaal in de tijd, 2) lage capaciteit voor het laden van medicijnen, en 3) in de tijd beperkte PET-beeldvormingscapaciteit.

Mede-eerste auteurs van de studie, "Meerlagige microcapsules met omhulsel-gechelateerd 89Zr voor PET-beeldvorming en gecontroleerde afgifte, " gepubliceerd in het tijdschrift ACS toegepaste materialen en interfaces , waren Veronika Kozlovskaya, doctoraat, en Aaron Alford, doctoraat, UAB Afdeling Chemie.