Een nieuwe studie uitgevoerd door het Wilhelm Lab van de Universiteit van Oklahoma onderzoekt een veelbelovende ontwikkeling in biomedische nano-engineering. Gepubliceerd in Geavanceerde materialen onderzoekt de studie nieuwe bevindingen over het transport van nanomedicijnen tegen kanker naar solide tumoren.

Een vaak voorkomende misvatting over veel kwaadaardige solide tumoren is dat ze alleen uit kankercellen bestaan. Onder solide tumoren vallen echter ook gezonde cellen, zoals immuuncellen en bloedvaten. Deze bloedvaten zijn snelwegen voor het transport van voedingsstoffen die tumoren nodig hebben om te groeien, maar ze kunnen ook een route vormen voor de levering van medicijnen, inclusief voor nanomedicijnen tegen kanker.

Bloedvaten, en de endotheelcellen daarin, zijn de transportmethode die wordt onderzocht in de nieuwe studie onder leiding van Lin Wang, Ph.D., die postdoctoraal onderzoeksmedewerker was in het Wilhelm Lab tijdens het uitvoeren van de studie en de eerste auteur is van de publicatie. Endotheelcellen bekleden de bloedvaten en regelen de uitwisseling tussen de bloedbaan en de omliggende weefsels. Deze cellen vormen de eerste barrière die de nanotechnologieën tegenkomen tijdens het transport naar tumoren.

De onderzoekers ontdekten dat endotheelcellen in borstkankertumoren twee keer zoveel kans hebben op interactie met medicijndragende nanodeeltjes dan endotheelcellen in gezond borstweefsel. Wang zei dat de endotheelcellen van de tumor meer transporteigenschappen hebben dan de gezonde endotheelcellen, waardoor ze ideale kanalen zijn.

"Als je weet dat hetzelfde celtype in tumorweefsel twee keer zoveel kans heeft om te interageren met je medicijndragers dan in gezond weefsel, dan zou je in theorie in staat moeten zijn om die cellen te targeten om nog meer nanodeeltjes in de tumor te krijgen. " zei Stefan Wilhelm, Ph.D., universitair hoofddocent aan de Stephenson School of Biomedical Engineering en corresponderende auteur van het onderzoek.

Het onderzoek werd uitgevoerd op endotheelcellen geïsoleerd uit borstkankerweefsel en geïsoleerd uit gezond borstweefsel. De volgende stappen voor het onderzoek zullen inhouden dat wordt onderzocht hoe de nanodeeltjes reageren in de context van de gehele weefselarchitectuur.

"Experimenten op celcultuurniveau zijn slechts zo goed in het proberen te recapituleren wat er in het lichaam gebeurt", zei Wilhelm. "Door samen te werken met collega's van OU Health Sciences hopen we niet alleen de cellen in handen te krijgen, maar het hele tumorweefsel."

Het onderzoeksteam werkt samen met het Stephenson Cancer Center aan het opzetten van een ethisch protocol waarmee het laboratorium toegang heeft tot opgeslagen monsters van kankerweefsel in plaats van alleen tot geïsoleerde cellen. Het Wilhelm Lab richt zich op het bestuderen van nanogeneeskunde en het gebruik van nanodeeltjes voor medicijnafgifte en diagnostiek. Het team is vooral geïnteresseerd in het bestuderen van de toediening van medicijnen aan vaste tumorweefsels.

Vanuit technisch perspectief is een uniek voordeel van het gebruik van nanodeeltjes voor medicijnafgifte dat ze klein en flexibel genoeg zijn om te worden ontworpen als vehikels voor directe toediening. In een laboratoriumomgeving zijn de nanodeeltjes vaak ontworpen als kleine bolletjes en geladen met de benodigde medicijnen. Vervolgens worden ze in klinieken vaak intraveneus aan patiënten toegediend. Deze medicijnen circuleren door de bloedbaan en een deel ervan komt in de tumor terecht.

Er zijn uitdagingen verbonden aan dit soort medicijntransport. Eén daarvan is dat deze nanodeeltjes door het hele lichaam circuleren en zich als gevolg daarvan ophopen in andere organen, de zogenoemde ‘off-target’-organen, zoals de lever, de milt en de nieren. Omdat deze organen het bloed filteren, verwijderen ze de nanodeeltjes, die door het lichaam vaak als vreemde voorwerpen worden beschouwd.

Het vakgebied van de nanogeneeskunde bestaat al meer dan veertig jaar en er zijn tienduizenden publicaties over het gebruik van nanodeeltjes om kankers in het preklinische stadium te behandelen. Maar er is een discrepantie tussen het aantal preklinische publicaties en het aantal door de FDA goedgekeurde formuleringen van nanodeeltjes die daadwerkelijk in klinieken worden gebruikt.

Van die goedgekeurde formuleringen wordt een fractie gebruikt voor vaste tumoren, en de meeste behandelen vloeibare tumoren, zoals leukemie. Wilhelm speculeert dat dit gedeeltelijk komt doordat er een gebrek is aan volledig inzicht in hoe het afgifteproces van nanodeeltjes werkt.

"En als je iets niet volledig begrijpt, is het moeilijk om oplossingen voor die problemen te ontwikkelen", aldus Wilhelm.

"Onderzoekers zijn begonnen terug te gaan naar de fundamenten van de ontwikkeling van nanogeneeskunde om de vertaling van de preklinische naar de klinische ruimte te begrijpen. Ons laboratorium wil zich op deze fundamenten concentreren om het veld en de leveringsmechanismen specifiek beter te begrijpen. Als we deze begrijpen fundamentele grondbeginselen kunnen we nog meer bijdragen aan het veld”, aldus Wang.

Volgens Wilhelm is de volgende grote vraag deze:nu het laboratorium heeft gekwantificeerd en aangetoond dat de kans groter is dat endotheelcellen interageren met deze nanomedicijnen en deze transporteren, hoe kan dat transport efficiënter en specifieker worden gemaakt om klinische kankerbehandelingen vooruit te helpen? Naarmate deze vragen worden beantwoord, zullen de kansen voor toekomstige vooruitgang in de kankergezondheidszorg toenemen.

"We zijn nog maar het begin aan het verkennen door borstkanker als ons modelkankersysteem te gebruiken, maar onze bevindingen kunnen ook relevant zijn voor andere soorten solide tumoren", aldus Wilhelm.

Meer informatie: Lin Wang et al., Primaire menselijke borstkanker-geassocieerde endotheelcellen bevorderen interacties met nanomedicijnen, Geavanceerde materialen (2024). DOI:10.1002/adma.202403986

Journaalinformatie: Geavanceerde materialen

Aangeboden door Universiteit van Oklahoma