DNA ‘nanotransporters’ om kanker te behandelen

Een team van Canadese onderzoekers van de Université de Montréal heeft een nieuwe klasse van drugstransporters ontworpen en gevalideerd die zijn gemaakt van DNA dat 20.000 keer kleiner is dan een mensenhaar en die de behandeling van kanker en andere ziekten zou kunnen verbeteren.

Gerapporteerd in een nieuwe studie in Natuurcommunicatiekunnen deze moleculaire transporters chemisch worden geprogrammeerd om een ​​optimale concentratie van medicijnen te leveren, waardoor ze efficiënter zijn dan de huidige methoden.

Altijd optimale dosering: een medische uitdaging

Een van de belangrijkste manieren om ziekten met succes te behandelen, is het verstrekken en handhaven van een therapeutische dosis van het geneesmiddel tijdens de behandeling. Suboptimale therapeutische blootstelling vermindert de efficiëntie en leidt doorgaans tot resistentie tegen geneesmiddelen, terwijl overmatige blootstelling de bijwerkingen verhoogt.

Het handhaven van een optimale concentratie van geneesmiddelen in het bloed blijft een grote uitdaging in de moderne geneeskunde. Aangezien de meeste geneesmiddelen snel worden afgebroken, worden patiënten gedwongen (en vergeten ze vaak) om met regelmatige tussenpozen meerdere doses in te nemen. En omdat elke patiënt een duidelijk farmacokinetisch profiel heeft, varieert de geneesmiddelconcentratie in hun bloed aanzienlijk.

UdeM Chemistry, universitair hoofddocent Alexis Vallée-Bélisle, een expert in bio-geïnspireerde nanotechnologieën, begon te onderzoeken hoe biologische systemen de concentratie van biomoleculen controleren en handhaven.

“We hebben ontdekt dat levende organismen eiwittransporters gebruiken die zijn geprogrammeerd om de precieze concentratie van belangrijke moleculen zoals schildklierhormonen te handhaven, en dat de sterkte van de interactie tussen deze transporters en hun moleculen de precieze concentratie van het vrije molecuul dicteert,” zei hij. .

Dit eenvoudige idee bracht Valléé-Belisle – die een Canada Research Chair in bio-engineering en bionanotechnologie bekleedt – en zijn onderzoeksteam ertoe om kunstmatige medicijntransporters te ontwikkelen die het natuurlijke effect nabootsen van het handhaven van een nauwkeurige concentratie van een medicijn tijdens de behandeling.

UdeM Ph.D. student Arnaud Desrosiers, de eerste auteur van de studie, identificeerde en ontwikkelde aanvankelijk twee DNA-transporters: een voor kinine, een antimalariamiddel, en de andere voor doxorubicine, een veelgebruikt medicijn voor de behandeling van borstkanker en leukemie.

Hij toonde vervolgens aan dat deze kunstmatige transporters gemakkelijk kunnen worden geprogrammeerd om elke specifieke concentratie van het medicijn af te geven en te behouden.

“Interessanter is dat we ook ontdekten dat deze nanotransporters ook kunnen worden gebruikt als medicijnreservoir om het effect van het medicijn te verlengen en de dosering tijdens de behandeling te minimaliseren,” zei Desrosiers.

“Een ander indrukwekkend kenmerk van deze nanotransporters,” voegde hij eraan toe, “is dat ze naar specifieke delen van het lichaam kunnen worden gestuurd waar het medicijn het meest nodig is – en dat zou in principe de meeste bijwerkingen moeten verminderen.”

Nanobehandelde muizen: verminderde cardiotoxiciteit

Om de effectiviteit van deze nanotransporters aan te tonen, werkten de onderzoekers samen met Jeanne Leblond-Chain, een apotheker aan de Université de Bordeaux, in Frankrijk; Luc DesGroseillers, biochemicus bij UdeM; Jérémie Berdugo, patholoog bij UdeM; Céline Fiset, apotheker bij het Montreal Heart Institute; en Vincent De Guire, een klinisch biochemicus bij het UdeM-aangesloten Maisonneuve-Rosemont Hospital.

Met behulp van de nieuwe medicijntransporter die is ontwikkeld voor doxorubicine, toonde het team aan dat een specifieke medicijntransporterformulering ervoor zorgt dat doxorubicine in het bloed blijft en de diffusie naar belangrijke organen zoals het hart, de longen en de pancreas drastisch vermindert.

Bij muizen die met deze formulering werden behandeld, bleef doxorubicine 18 keer langer in het bloed en werd ook de cardiotoxiciteit verminderd, waardoor de muizen gezonder bleven, zoals blijkt uit hun normale gewichtstoename.

“Een andere geweldige eigenschap van onze nanotransporters is hun grote veelzijdigheid”, zegt Vallée-Bélisle.

“Voorlopig hebben we het werkingsprincipe van deze nanotransporters voor twee verschillende medicijnen aangetoond. Maar dankzij de hoge programmeerbaarheid van DNA- en eiwitchemie, kan men deze transporters nu ontwerpen om een ​​breed scala aan threrapeutische moleculen precies af te leveren.”

En hij voegde eraan toe: “Bovendien kunnen deze transporters ook worden gecombineerd met door mensen ontworpen liposomische transporters die nu worden gebruikt om medicijnen tegen verschillende snelheden af ​​te leveren.”

Een klinische studie voor bloedkankers?

De onderzoekers willen nu graag de klinische efficiëntie van hun ontdekking valideren. Omdat hun doxorubicine-nanotransporter is geprogrammeerd om het medicijn optimaal in de bloedcirculatie te houden, zou het ideaal kunnen zijn om bloedkankers te behandelen, denken ze.

“We stellen ons voor dat vergelijkbare nanotransporters ook kunnen worden ontwikkeld om medicijnen naar andere specifieke locaties in het lichaam te brengen en de aanwezigheid van het medicijn op tumorlocaties te maximaliseren,” zei Vallée-Bélisle. “Dit zou de efficiëntie van medicijnen drastisch verbeteren en hun bijwerkingen verminderen.”