Wanneer u het woord 'nanomedicine' hoort, doet u misschien denken aan scenario's zoals die in de film 'Fantastic Voyage' uit 1966. De film toont een medisch team dat gekrompen is om met een microscopisch robotschip door het lichaam van een man te rijden om een ​​bloedstolsel in zijn hersenen te verwijderen.

Nanogeneeskunde heeft dat niveau van verfijning nog niet bereikt. Hoewel wetenschappers nanomaterialen kunnen genereren die kleiner zijn dan enkele nanometers - de "nano" die een miljardste van een meter aangeeft - is de huidige nanotechnologie niet in staat geweest om functionele elektronische robotica te genereren die klein genoeg is om veilig in de bloedbaan te injecteren. Maar sinds het concept van nanotechnologie voor het eerst werd geïntroduceerd in de jaren zeventig, heeft het zijn sporen verdiend in veel alledaagse producten, waaronder elektronica, stoffen, voedsel-, water- en luchtbehandelingsprocessen, cosmetica en medicijnen. Gezien deze successen op verschillende gebieden, wilden veel medische onderzoekers nanotechnologie gebruiken om ziekten te diagnosticeren en te behandelen.

Ik ben een farmaceutisch wetenschapper die werd geïnspireerd door de belofte van nanogeneeskunde. Mijn lab heeft de afgelopen 20 jaar gewerkt aan de ontwikkeling van kankerbehandelingen met nanomaterialen. Hoewel nanogeneeskunde veel successen heeft geboekt, zijn sommige onderzoekers zoals ik teleurgesteld over de teleurstellende algehele prestatie bij kanker. Om succes in het laboratorium beter te vertalen naar behandelingen in de kliniek, hebben we een nieuwe manier voorgesteld om kankermedicijnen te ontwerpen met behulp van nanomaterialen. Met behulp van deze strategie hebben we een behandeling ontwikkeld die volledige remissie kon bereiken bij muizen met uitgezaaide borstkanker.

Wat is nanogeneeskunde?

Nanogeneeskunde verwijst naar het gebruik van materialen op nanoschaal om ziekten te diagnosticeren en te behandelen. Sommige onderzoekers definiëren nanogeneeskunde als alle medische producten die nanomaterialen gebruiken die kleiner zijn dan 1.000 nanometer. Anderen gebruiken de term nauwer om te verwijzen naar injecteerbare geneesmiddelen die nanodeeltjes kleiner dan 200 nanometer gebruiken. Alles wat groter is, is mogelijk niet veilig om in de bloedbaan te injecteren.

Verschillende nanomaterialen zijn met succes gebruikt in vaccins. De bekendste voorbeelden van vandaag zijn de mRNA-vaccins Pfizer-BioNTech en Moderna COVID-19. Deze vaccins gebruikten een nanodeeltje gemaakt van lipiden, of vetzuren, dat helpt het mRNA naar de plaats in het lichaam te brengen waar het heen moet om een ​​immuunrespons op te wekken.

Onderzoekers hebben ook met succes nanomaterialen gebruikt in diagnostiek en medische beeldvorming. Snelle COVID-19-tests en zwangerschapstests gebruiken gouden nanodeeltjes om de gekleurde band te vormen die een positief resultaat aangeeft. Magnetische resonantie beeldvorming, of MRI, maakt vaak gebruik van nanodeeltjes als contrastmiddelen die helpen een afbeelding beter zichtbaar te maken.

Verschillende op nanodeeltjes gebaseerde medicijnen zijn goedgekeurd voor de behandeling van kanker. Doxil (doxorubicine) en Abraxane (paclitaxel) zijn geneesmiddelen voor chemotherapie die nanomaterialen gebruiken als afgiftemechanisme om de werkzaamheid van de behandeling te verbeteren en bijwerkingen te verminderen.

Kanker en nanogeneeskunde

Het potentieel van nanogeneeskunde om de effectiviteit van een medicijn te verbeteren en de toxiciteit ervan te verminderen, is aantrekkelijk voor kankeronderzoekers die werken met geneesmiddelen tegen kanker die vaak sterke bijwerkingen hebben. Inderdaad, 65% van de klinische onderzoeken met nanodeeltjes zijn gericht op kanker.

Het idee is dat kankermedicijnen met nanodeeltjes kunnen werken als biologische raketten die tumoren vernietigen en tegelijkertijd de schade aan gezonde organen minimaliseren. Omdat tumoren lekkende bloedvaten hebben, denken onderzoekers dat hierdoor nanodeeltjes zich kunnen ophopen in tumoren. Omgekeerd, omdat nanodeeltjes langer in de bloedbaan kunnen circuleren dan traditionele kankerbehandelingen, kunnen ze zich minder ophopen in gezonde organen en de toxiciteit verminderen.

Hoewel deze ontwerpstrategieën succesvol zijn geweest in muismodellen, is niet aangetoond dat de meeste kankermedicijnen met nanodeeltjes effectiever zijn dan andere kankermedicijnen. Bovendien, terwijl sommige op nanodeeltjes gebaseerde medicijnen de toxiciteit voor bepaalde organen kunnen verminderen, kunnen ze de toxiciteit in andere verhogen. Hoewel het op nanodeeltjes gebaseerde Doxil bijvoorbeeld de schade aan het hart vermindert in vergelijking met andere chemotherapie-opties, kan het het risico op het ontwikkelen van het hand-voetsyndroom vergroten.

Verbetering van op nanodeeltjes gebaseerde kankermedicijnen

Om manieren te onderzoeken om te verbeteren hoe op nanodeeltjes gebaseerde kankergeneesmiddelen worden ontworpen, hebben mijn onderzoeksteam en ik onderzocht hoe goed vijf goedgekeurde op nanodeeltjes gebaseerde kankergeneesmiddelen zich ophopen in tumoren en gezonde cellen vermijden in vergelijking met dezelfde kankergeneesmiddelen zonder nanodeeltjes. Op basis van de bevindingen van onze laboratoriumstudie hebben we voorgesteld dat het ontwerpen van nanodeeltjes die specifieker zijn voor hun beoogde doelwit, hun vertaling van diermodellen naar mensen zou kunnen verbeteren. Dit omvat het maken van nanodeeltjes die de tekortkomingen van een bepaald medicijn aanpakken, zoals veelvoorkomende bijwerkingen, en inzicht geven in de soorten cellen waarop ze zich moeten richten bij elk specifiek kankertype.

Met behulp van deze criteria hebben we een op nanodeeltjes gebaseerde immunotherapie ontworpen voor uitgezaaide borstkanker. We hebben eerst vastgesteld dat borstkanker een type immuuncel heeft die de immuunrespons onderdrukt, waardoor de kanker resistent wordt tegen behandelingen die het immuunsysteem stimuleren om tumoren aan te vallen. We veronderstelden dat medicijnen weliswaar deze weerstand zouden kunnen overwinnen, maar dat ze niet voldoende in deze cellen kunnen ophopen om succesvol te zijn. Daarom hebben we nanodeeltjes ontworpen die gemaakt zijn van een veelvoorkomend eiwit, albumine genaamd, dat kankermedicijnen rechtstreeks kan afleveren op de plaats waar deze immuunonderdrukkende cellen zich bevinden.

Toen we onze op nanodeeltjes gebaseerde behandeling testten op muizen die genetisch gemodificeerd waren om borstkanker te hebben, waren we in staat om de tumor te elimineren en volledige remissie te bereiken. Alle muizen leefden nog 200 dagen na de geboorte. We hopen dat het zich uiteindelijk zal vertalen van diermodellen naar kankerpatiënten.

Nanomedicine's mooie maar realistische toekomst

Het succes van sommige medicijnen die nanodeeltjes gebruiken, zoals de COVID-19 mRNA-vaccins, heeft geleid tot opwinding bij onderzoekers en het publiek over hun mogelijke gebruik bij de behandeling van verschillende andere ziekten, waaronder gesprekken over een toekomstig kankervaccin. Een vaccin tegen een infectieziekte is echter niet hetzelfde als een vaccin tegen kanker. Kankervaccins vereisen mogelijk verschillende strategieën om de behandelingsresistentie te overwinnen. Het injecteren van een op nanodeeltjes gebaseerd vaccin in de bloedbaan heeft ook andere ontwerpuitdagingen dan het injecteren in spieren.

Hoewel het gebied van nanogeneeskunde goede vooruitgang heeft geboekt om medicijnen of diagnostiek uit het laboratorium en in de kliniek te krijgen, heeft het nog een lange weg te gaan. Leren van eerdere successen en mislukkingen kan onderzoekers helpen doorbraken te ontwikkelen waarmee nanogeneeskunde zijn belofte kan waarmaken. + Verder verkennen

Een door licht gecontroleerd nanomedicijn voor nauwkeurige medicijnafgifte voor de behandeling van colorectale kanker

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.