Onderzoekers ontwikkelen nieuwe nanodeeltjes die kankercellen efficiënt en selectief doden

Veel chemotherapeutische middelen die worden gebruikt om kankers te behandelen, gaan gepaard met bijwerkingen van verschillende ernst, omdat ze zowel toxisch zijn voor normale cellen als voor kwaadaardige tumoren. Dit heeft geleid tot de zoektocht naar effectieve alternatieven voor de synthetische geneesmiddelen waarmee de meeste kankers momenteel worden behandeld. Het gebruik van calciumfosfaat en citraat voor dit doel staat al enkele jaren ter discussie, aangezien ze bij directe afgifte aan cellen tot celdood leiden, terwijl hun aanwezigheid in de circulatie weinig of geen toxische effecten heeft. Het probleem bestaat erin manieren te vinden om de mechanismen te overwinnen die de opname van deze verbindingen in cellen regelen, en ervoor te zorgen dat de verbindingen selectief inwerken op de cellen die men wil elimineren. Onderzoekers van de afdeling Chemie van LMU, geleid door Dr. Constantin von Schirnding, Dr. Hanna Engelke en Prof. Thomas Bein, rapporteren nu de ontwikkeling van een klasse van nieuwe amorfe nanodeeltjes bestaande uit calcium en citraat, die in staat zijn om te breken de barrières voor opname en het gericht doden van tumorcellen.

Zowel calciumfosfaat als citraat zijn betrokken bij de regulatie van veel cellulaire signaalroutes. Daarom worden de niveaus van deze stoffen in het cytoplasma strikt gecontroleerd om verstoring van deze paden te voorkomen. Cruciaal is dat de nanodeeltjes die in de nieuwe studie worden beschreven, deze regulerende controles kunnen omzeilen. “We hebben amorfe en poreuze nanodeeltjes gemaakt bestaande uit calciumfosfaat en citraat, die zijn ingekapseld in een lipidenlaag”, legt von Schirnding uit. De inkapseling zorgt ervoor dat deze deeltjes gemakkelijk door cellen worden opgenomen zonder dat er tegenmaatregelen worden genomen. Eenmaal in de cel wordt de lipidelaag efficiënt afgebroken en worden grote hoeveelheden calcium en citraat in het cytoplasma afgezet.

Experimenten met gekweekte cellen toonden aan dat de deeltjes selectief dodelijk zijn – kankercellen doden, maar gezonde cellen (die ook deeltjes opnemen) in wezen ongedeerd achterlaten. “Het is duidelijk dat de deeltjes zeer giftig kunnen zijn voor kankercellen. We ontdekten inderdaad dat hoe agressiever de tumor is, hoe groter het dodende effect”, zegt Engelke.

Tijdens cellulaire opname krijgen de nanodeeltjes een tweede membraanlaag. De auteurs van het onderzoek stellen dat een onbekend mechanisme – dat specifiek is voor kankercellen – een breuk van dit buitenste membraan veroorzaakt, waardoor de inhoud van de blaasjes in het cytoplasma kan lekken. In gezonde cellen daarentegen behoudt deze buitenste laag zijn integriteit en worden de blaasjes vervolgens intact uitgescheiden in het extracellulaire medium.

“De zeer selectieve toxiciteit van de deeltjes maakte het voor ons mogelijk om met succes twee verschillende soorten zeer agressieve pleurale tumoren bij muizen te behandelen. Met slechts twee doses, lokaal toegediend, konden we de tumorgrootte met respectievelijk 40 en 70% verkleinen. “zegt Engelke. Veel pleurale tumoren zijn de metastatische producten van longtumoren en ontwikkelen zich in de pleuraholte tussen de long en de ribbenkast. Omdat dit gebied niet van bloed wordt voorzien, is het niet toegankelijk voor chemotherapeutische middelen. “Onze nanodeeltjes daarentegen kunnen rechtstreeks in de pleuraholte worden ingebracht”, zegt Bein. Bovendien werden in de loop van een behandeling van twee maanden geen tekenen van ernstige bijwerkingen waargenomen. Over het algemeen suggereren deze resultaten dat de nieuwe nanodeeltjes een groot potentieel hebben voor de verdere ontwikkeling van nieuwe behandelingen voor andere soorten kanker.