![Deze elektronenmicrofoto documenteert de poreuze aard van de silica-nanodeeltjes. Deze poriën zijn groot genoeg om een groot aantal NSA-moleculen binnen te laten. Hier worden ze beschermd totdat ze door de immuuncellen worden opgenomen. Op dit punt komt NSA vrij en kan het de ontstekingsprocessen stoppen. Credit: UNIGE - Carole Bourquin Een nieuw nanodeeltje dat in het hart van cellen werkt](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2022/a-new-nanoparticle-to.jpg)
Deze elektronenmicrofoto documenteert de poreuze aard van de silica-nanodeeltjes. Deze poriën zijn groot genoeg om een groot aantal NSA-moleculen binnen te laten. Hier worden ze beschermd totdat ze door de immuuncellen worden opgenomen. Op dit punt komt NSA vrij en kan het de ontstekingsprocessen stoppen. Credit: UNIGE – Carole Bourquin
Hoe kan een medicijn precies daar worden afgeleverd waar het nodig is, terwijl het risico op bijwerkingen wordt beperkt? Het gebruik van nanodeeltjes om een medicijn in te kapselen om het en het lichaam te beschermen totdat het zijn actiepunt bereikt, wordt steeds meer bestudeerd. Dit vereist echter het identificeren van het juiste nanodeeltje voor elk medicijn volgens een reeks precieze parameters.
Een team van de Universiteit van Genève (UNIGE) en de Ludwig Maximilians Universität München (LMU) is erin geslaagd een volledig biologisch afbreekbaar nanodeeltje te ontwikkelen dat in staat is om een nieuw ontstekingsremmend medicijn rechtstreeks in macrofagen af te leveren – de cellen waar ongecontroleerde ontstekingsreacties worden veroorzaakt – om ervoor te zorgen dat zijn effectiviteit. Bovendien gebruikten de wetenschappers een in-vitroscreeningmethodologie, waardoor de noodzaak van dierproeven werd beperkt.
Deze resultaten, onlangs gepubliceerd in de Tijdschrift voor gecontroleerde afgifteopent de weg naar een uiterst krachtige en gerichte ontstekingsremmende behandeling.
Ontsteking is een essentiële fysiologische reactie van het lichaam om zich te verdedigen tegen ziekteverwekkers zoals bacteriën. Het kan echter problematisch worden wanneer het een chronische aandoening wordt, zoals bij kankers, auto-immuunziekten of bepaalde virale infecties.
Er bestaan al veel behandelingen, maar hun werking is vaak niet erg gericht, er zijn hoge doses nodig en schadelijke bijwerkingen komen vaak voor. Macrofagen, grote immuuncellen waarvan de natuurlijke functie is om ziekteverwekkers te absorberen en ontstekingen te veroorzaken om ze te vernietigen, zijn vaak betrokken bij ontstekingsziekten. Bij overactivering veroorzaken ze een overmatige ontstekingsreactie die zich tegen het lichaam keert in plaats van het te beschermen.
Necrosulfonamide (NSA) is een nieuw molecuul dat de afgifte van verschillende belangrijke pro-inflammatoire mediatoren remt, en vormt daarom een veelbelovende stap vooruit om bepaalde soorten ontstekingen te verminderen. Omdat het echter extreem hydrofoob van aard is, reist het slecht in de bloedbaan en kan het zich richten op veel celtypen, wat mogelijk toxische effecten veroorzaakt.
“Dit is de reden waarom dit molecuul nog niet beschikbaar is als medicijn”, zegt Gaby Palmer, een professor in de afdeling Geneeskunde en het Geneva Center for Inflammation Research aan de UNIGE-faculteit Geneeskunde, die de studie mede leidde. “Het gebruik van een nanodeeltje als transportvat zou deze tekortkomingen omzeilen door het medicijn rechtstreeks in macrofagen af te leveren om overactivatie van ontstekingen te bestrijden op de plaats waar het begint.”
Drie nanodeeltjes onder de microscoop
De wetenschappers testten verschillende poreuze nanodeeltjes, met als belangrijkste criteria een vermindering van de toxiciteit en in de vereiste dosering, evenals het vermogen om het medicijn pas af te geven als het nanodeeltje het binnenste van de macrofagen heeft bereikt.
“We gebruikten een in-vitroscreeningtechnologie die we een paar jaar geleden hebben ontwikkeld op cellen van mensen en muizen. Dit bespaart tijd en vermindert de noodzaak om diermodellen te gebruiken aanzienlijk”, legt Carole Bourquin uit, een professor aan de Faculteiten Wetenschappen van de UNIGE (Institute of Science). Farmaceutische Wetenschappen van West-Zwitserland) en geneeskunde (afdeling Anesthesiologie, Farmacologie, Intensive Care en Noodgevallen, Translationeel Onderzoekscentrum in Oncohematologie, Genève Centrum voor Inflammatieonderzoek), die dit werk bij UNIGE mede hebben geleid. ‘”Dus, alleen de meest veelbelovende deeltjes zullen dan worden getest op muizen, wat een voorwaarde is voor klinische proeven op mensen.”
Drie zeer verschillende nanodeeltjes met een hoge porositeit werden onderzocht: een op cyclodextrine gebaseerd nanodeeltje, een stof die veel wordt gebruikt in cosmetica of industriële voeding, een poreus magnesiumfosfaat-nanodeeltje en tenslotte een poreus silica-nanodeeltje. “De eerste was minder bevredigend in het celopnamegedrag, terwijl de tweede contraproductief bleek te zijn: het veroorzaakte de afgifte van pro-inflammatoire mediatoren, waardoor de ontstekingsreactie werd gestimuleerd in plaats van deze te bestrijden”, zegt Bart Boersma, een promovendus in het laboratorium van Carole Bourquin en eerste auteur van deze studie.
‘”Het poreuze silica-nanodeeltje daarentegen voldeed aan alle criteria: het was volledig biologisch afbreekbaar, had de juiste grootte om door macrofagen te worden ingeslikt en was in staat om het medicijn in zijn talrijke poriën op te nemen zonder het te vroeg af te geven. ontstekingsremmend effect was opmerkelijk.” Het team repliceerde vervolgens hun tests door de nanodeeltjes te coaten met een extra laag lipide, maar met geen groter voordeel dan alleen silica-nanodeeltjes.
Kleine silica sponzen
Andere silica nanosponzen ontwikkeld door het Duits-Zwitserse team hadden hun effectiviteit al bewezen bij het transporteren van antitumormiddelen. “Hier hebben ze een heel ander medicijn dat het immuunsysteem remt”, zegt Carole Bourquin.
“Mesoporeus silica ontpopt zich steeds meer als een nanodeeltje bij uitstek op farmaceutisch gebied, omdat het zeer effectief, stabiel en niet-toxisch is. Toch vereist elk medicijn een op maat gemaakte drager: de vorm, grootte, samenstelling en bestemming van de deeltjes moeten elke keer opnieuw worden beoordeeld.”
De combinatie van dit krachtige ontstekingsremmende medicijn en deze mesoporeuze silica-nanodeeltjes toont een veelbelovend synergisme dat verder door het team moet worden bestudeerd.
Meer informatie:
Bart Boersma et al, Remming van IL-1β-afgifte van macrofagen gericht op met necrosulfonamide beladen poreuze nanodeeltjes, Tijdschrift voor gecontroleerde afgifte (2022). DOI: 10.1016/j.jconrel.2022.09.063
Journaal informatie:
Tijdschrift voor gecontroleerde afgifte
Aangeboden door de Universiteit van Genève