Uniek gevormde magnetische nanodeeltjes bieden een doorbraak in de kankertherapie

Uniek gevormde magnetische nanodeeltjes bieden een doorbraak in de kankertherapie

Nieuwe magnetische nanodeeltjes in de vorm van een kubus tussen twee piramides vertegenwoordigen een doorbraak voor de behandeling van eierstoktumoren en mogelijk andere vormen van kanker, volgens de onderzoekers van de Oregon State University die ze hebben ontwikkeld.

De wetenschappers zeggen dat de studie het belang van vorm bij het ontwerpen van magnetische nanodeeltjes benadrukt en dat de resultaten een revolutie teweeg kunnen brengen in behandelingen waarbij warmte wordt gebruikt om kankercellen te beschadigen of te doden.

De nanodeeltjes zijn gemaakt van ijzeroxide en gedoteerd met kobalt. Doping verwijst naar het toevoegen van iets als middel om kenmerken aan te passen.

Wanneer de deeltjes zich na intraveneuze injectie ophopen in kankerweefsel, kunnen ze snel stijgen tot temperaturen die kankercellen verzwakken of vernietigen.

De muismodelstudie, gepubliceerd in geavanceerde functionele materialen, maakt deel uit van lopend nanomedisch onderzoek door wetenschappers van het OSU College of Pharmacy.

Nanodeeltjes zijn zo klein als een miljard meter en hebben bijzondere eigenschappen vanwege hun kleine formaat en hoge oppervlakte-volumeverhouding.

Magnetische nanodeeltjes hebben al jaren potentie tegen kanker aangetoond, zeggen de wetenschappers, maar momenteel kan magnetische hyperthermie doorgaans alleen worden gebruikt bij patiënten bij wie de tumoren toegankelijk zijn via een injectienaald – dat wil zeggen, als de deeltjes rechtstreeks in de kanker kunnen worden geïnjecteerd.

Met de momenteel beschikbare magnetische nanodeeltjes kunnen de vereiste therapeutische temperaturen – boven de 44 graden Celsius – alleen worden bereikt door middel van directe injectie. En deze nanodeeltjes hebben slechts een matige verwarmingsefficiëntie, wat betekent dat ze een hoge concentratie in de tumor nodig hebben – hoger dan normaal bij systemische toediening – om voldoende warmte te genereren. “

Oleh Taratula, hoogleraar farmaceutische wetenschappen, Oregon State University

Taratula en medewerkers van Oregon State, Oregon Health & Science University en het Indian Institute of Technology Mandi gebruikten een nieuwe methode voor warmte-ontbinding – een proces in twee stappen dat zij zaaien en groei noemen – om met kobalt gedoteerde ijzeroxide-nanodeeltjes in een kubieke bipiramidevorm te maken. Hun artikel is het eerste rapport van dit soort nanodeeltjes met deze specifieke vorm.

"Deze nanodeeltjes vertonen een opmerkelijk vermogen om snel te verwarmen, waardoor de temperatuur met 3,73 graden Celsius per seconde stijgt onder een wisselend magnetisch veld", zegt Prem Singh, een postdoctoraal onderzoeker aan het College of Pharmacy. “Dit is twee keer zo hoog als het verwarmingsvermogen van onze eerder gepubliceerde met kobalt gedoteerde ijzeroxide nanodeeltjes.”

Dit betekent dat een patiënt met eierstokkanker een intraveneuze injectie kan krijgen en de tumor kan laten stoppen na een niet-invasieve magnetische veldsessie van 30 minuten. Korte behandelsessies verbeteren het comfort en de therapietrouw van de patiënt, zeggen onderzoekers.

Een op kanker gericht peptide helpt de nanodeeltjes in de tumor, en omdat de verwarmingsefficiëntie van de deeltjes zo sterk is, kan de noodzakelijke concentratie van nanodeeltjes worden bereikt zonder hoge dosering, beperkte toxiciteit en bijwerkingen.

“Dit is de eerste keer dat systemisch geïnjecteerde nanodeeltjes tumoren verhitten boven de 50°C, waardoor de therapeutische drempel van 44°C voor een effectieve behandeling bij een klinisch relevante dosis aanzienlijk wordt overschreden”, zegt Olena Taratula, universitair hoofddocent farmaceutische wetenschappen bij OSU. “Er is nu een groot potentieel om magnetische hyperthermie toe te passen op een verscheidenheid aan moeilijk bereikbare populaties, waardoor de behandeling veelzijdiger en breder beschikbaar wordt.”

Karthickraja Duraisamy in Oregon State, Constanzraitmayr, Shitaljit Sharma, Tetiana Korzun, Abraham Moses, Vladislav Grigoriev, Ananiya Demessie, Youngrong Park, Yoon, ook Babak Mamnoon en Ana Paula Mesquita Mesquita.

Het National Cancer Institute van de National Institutes of Health en het Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development ondersteunden dit onderzoek.

Bronnen: