Een pil nemen, of een injectie krijgen? Gezien de keuze zouden de meeste mensen waarschijnlijk voor het eerste kiezen.

Ultrakleine fluorescente core-shell hybride silica nanodeeltjes – bekend als Cornell Prime Dots of C'Dots – behoren tot de nanodragers voor therapieën waarvan men dacht dat ze alleen levensvatbaar waren door injectie, maar nieuw Cornell-onderzoek heeft het potentieel voor orale toediening aangetoond. /P>

"Omdat de deeltjes zo klein zijn, dachten we altijd dat het mogelijk zou zijn dat ze in het maag-darmkanaal zouden kunnen worden opgenomen", zegt Ulrich Wiesner, professor van Spencer T. Olin aan de afdeling Materials Science and Engineering van Cornell Engineering. wiens laboratorium bijna twintig jaar geleden C'Dots ontwikkelde.

"Patiënten zouden waarschijnlijk de voorkeur geven aan orale pillen in plaats van naar het ziekenhuis te moeten gaan om een ​​injectie te krijgen," zei Wiesner. "De meeste huidige kankertherapieën worden toegediend via injecties. De motivatie was dus duidelijk aanwezig."

Wiesner is senior auteur van 'Overcoming Barriers Associated with Oral Delivery of Differently Sized Fluorescent Core-Shell Silica Nanoparticles', dat op 23 november werd gepubliceerd in Advanced Materials .

Co-hoofdauteurs zijn Jacob A. Erstling, Ph.D. '22, en Thomas C. Gardinier, Ph.D. '19, die beiden werkten in de Wiesner-groep en nu bij Elucida Oncology, Inc., een in New Jersey gevestigd biotechnologiebedrijf mede opgericht door Wiesner, evenals bij Nirmalya Bag, een voormalig postdoc bij de afdeling Scheikunde en Chemische Biologie aan het College of Arts and Sciences en nu aan de faculteit van IIT Kharagpur in India.

Naast de mogelijkheden voor orale toediening van C'Dots voor kanker en andere therapieën, heeft het onderzoek ook nieuwe belangstelling gewekt voor ultraklein silica zelf als gezondheidsvoordeel. Silica is het meest voorkomende oxide in de aardkorst en wordt aangetroffen in sperziebonen, bananen en bladgroenten, naast andere 'gezonde' voedingsmiddelen.

"Ultrakleine silica kan in feite een natuurlijk materiaal zijn dat via opname in de darmen gedurende miljoenen jaren in de evolutie bij dieren circuleert," zei Wiesner, "en daarom voordelen voor het lichaam kan bieden op dezelfde manier als kleine hoeveelheden ijzer, koper, enz. Het is bekend dat calcium, magnesium en andere mineralen belangrijk zijn voor ons welzijn."

Het potentieel van C'Dots in de therapeutische geneeskunde heeft geleid tot verschillende belangrijke ontdekkingen, waaronder hun vermogen – zonder cytotoxische medicijnlading – om een ​​celdoodprogramma te induceren in kankercellen met weinig voedingsstoffen, bekend als ferroptosis. De nieuwste doorbraak met C'Dot kwam eerder dit jaar, toen de combinatie van antilichaamfragmenten en een medicijn met stippen maagkanker definitief uitroeide bij behandelde muizen.

Orale toediening van C'Dots was een uitdaging vanwege verschillende belangrijke barrières:darmslijm; darmepitheel; en maagzuur. Het slijm beschermt het lichaam tegen ziekten door de verspreiding van vreemde voorwerpen naar het darmepitheel, inclusief nanodeeltjes, te vertragen. De epitheelbekleding, die voornamelijk bestaat uit enterocyten die nauwe verbindingen vormen, is een groot obstakel om grotere objecten niet door te laten.

De groep van Wiesner voerde talloze tests uit op gewone (zonder daaraan gehechte medicijnen) nanodeeltjes van verschillende groottes, van 5 tot 50 nanometer in diameter, en ontdekte dat deeltjes onder de 20 nanometer (inclusief C'Dots) een voldoende hoge permeabiliteit vertoonden door de mucosale laag en het epitheel voor orale toediening. levering.

De groep voerde vervolgens experimenten met orale toediening uit bij een klein aantal muizen en ontdekte opname in de bloedbaan en succesvolle nierklaring zonder een eiwitcorona die doorgaans wordt waargenomen bij andere medicijndragers. Wiesner benadrukte dat bewijs van opname via orale toediening bij dieren geen garantie is voor vergelijkbare resultaten bij mensen, maar "het feit dat we bij dieren zien dat de deeltjes worden opgenomen in de bloedbaan is op zichzelf significant."

De groep ontwikkelde ook een met polymeer gecoate pil, die met medicijnen uitgeruste C'Dots zou beschermen tegen afbraak in het maagzuur.

Het vermogen van C'Dots om ferroptose te veroorzaken zette Wiesner aan het denken over de mogelijke gezondheidsvoordelen van silica, dat in veel gezonde voedingsmiddelen wordt aangetroffen. Wiesner overlegde met Saurabh Mehta, de professor van Janet en Gordon Lankton bij de afdeling Voedingswetenschappen van het College of Human Ecology.

"We vroegen hem:'Wat weet je over antitumorale effecten in een omgeving waar voeding rijk is aan biogene silicaproducten?'" zei Wiesner. "En hij zei:'We weten het niet; niemand heeft die vraag ooit gesteld.'"

Mehta zei dat de effecten van silica op het immuunsysteem en de darmmicrobiota verder onderzoek vereisen.

"Silica is alomtegenwoordig in ons voedselsysteem en wordt gebruikt in verschillende stadia van de voedselproductie, -verwerking en -verpakking, inclusief als voedseladditief", zegt medeauteur Mehta. "Het wordt over het algemeen als veilig beschouwd; sommige onderzoeken tonen ook aan dat ze biologische activiteit en gezondheidsvoordelen kunnen hebben, die verder bestudeerd moeten worden."

Meer informatie: Jacob A. Erstling et al, het overwinnen van barrières die verband houden met orale toediening van fluorescerende kern-shell silica nanodeeltjes van verschillende grootte, Geavanceerde materialen (2023). DOI:10.1002/adma.202305937

Journaalinformatie: Geavanceerde materialen

Aangeboden door Cornell University