Experimenten aan boord van het internationale ruimtestation kunnen veelbelovende vooruitgang bieden bij het bestrijden van kanker

Het krijgen van zeven experimenten op het internationale ruimtestation vereist een heel goed idee. Zoals een gloednieuwe manier om tumoren aan te vallen – een die je alleen in de ruimte kunt maken.

Ruimte heeft unieke voordelen voor het maken van medicijnen. De zeer lage zwaartekracht maakt het mogelijk om moleculen in vormen en uniformiteit te laten groeien die moeilijk op aarde te creëren zijn. Als ze betrouwbaar en betaalbaar kunnen worden geproduceerd, kunnen dergelijke moleculen allerlei nieuw gebruik in de industrie en geneeskunde hebben.

Universiteit van Connecticut-ingenieur Yupeng Chen heeft zo’n ongewoon staafvormig nanodeeltje gekweekt, een Janus Base Nanotube genoemd, op het International Space Station (ISS).

Het succes van de laatste vijf experimenten van Chen heeft geleid tot deze nieuwste prijs van $ 1,9 miljoen van het Centre for Advancement of Science in Space en NASA’s Division of Biological and Physical Sciences. Daarmee zullen Chen en zijn collega’s de unieke omgeving van het ruimtestation gebruiken om geneesmiddelen te laten groeien wiens vorm hun geheime wapen is.

Tijdens deze missie zal het team Janus-basis nanobuisjes laten groeien die interleukin-12 dragen. Interleukine-12 is een eiwit dat op natuurlijke wijze door het menselijk lichaam is geproduceerd, maar alleen in kleine hoeveelheden. Het stimuleert de ontwikkeling van helper-T-cellen, die andere delen van het immuunsysteem werven om indringers en kankercellen te doden. Veel kleine, beginnende kankers worden altijd gedood door de interleukine-12-reactie van ons lichaam.

Maar kankerachtige tumoren die groot genoeg worden om opgemerkt te worden, zijn slim. Ze hebben vaak manieren om de interleukine-12-reactie van het lichaam te dempen. Het leveren van voldoende interleukine-12 zou echter de reacties van de tumor kunnen overweldigen. De techniek heeft goed gewerkt in het laboratorium – zo goed dat het al bij mensen is geprobeerd. Maar er waren enkele problemen.

“Goede tumorcontrole, maar de bijwerkingen bij mensen zijn zeer ernstig”, zegt de UConn School of Medicine -immunoloog Kepeng Wang, die met Chen aan het project werkt. Tijdens een klinische studie uit het verleden was er een neiging tot interleukine-12-therapie om koorts, griepachtige symptomen en andere problemen uit te lokken. Twee mensen in het proces stierven. De resultaten waren duidelijk. “Je kunt het naakte eiwit niet injecteren” in mensen, zegt Wang.

Maar misschien zou je het gekleed kunnen injecteren.

Anderen hebben geprobeerd giftige medicijnen in te wikkelen in goedaardige buitenkant. Veel van deze inspanningen hebben nanodeeltjes betrokken: kleine ronde granaten slechts een paar honderd atomen of zo over die veilig door de bloedbaan kunnen gaan totdat ze hun doel bereiken. Maar ronde nanodeeltjes zijn te breed om de meeste solide tumoren binnen te komen.

Solid is echter iets van een verkeerde benaming; Tumoren zijn meestal minder dicht dan gezond weefsel. Ze hebben scheuren en openingen waar een voldoende klein medicijn doorheen kan sluipen. De meeste medicijnen tegen kanker zijn niet klein genoeg. Nanodeeltjes zijn ook over het algemeen niet klein genoeg.

De Super-Skiny Janus Base Nanodeeltjes waaraan het laboratorium van Chen werkt, zijn verschillend. Ze kunnen in de scheuren glijden en tumoren van binnenuit aanvallen. Met dwarsdoorsneden van slechts 20 nanometers kunnen ze ook door de kleine ramen tussen cellen in het werkgebied van de nieren en de openingen in kraakbeen in de gewrichten passeren. Zulke magere moleculen kunnen allerlei aandoeningen behandelen, simpelweg door te gaan naar plaatsen die andere medicijnen kunnen.

Ze kunnen ook kleine moleculen bevatten, zoals interleukine-12 in zichzelf en ze vervolgens in een tumor vrijgeven. Dat zou hopelijk patiënten de ernstige bijwerkingen besparen die plaatsvonden met naakte interleukin-12.

Zulke speciaal gevormde moleculen zouden spelveranderend zijn, en de productie ervan in de ruimte heeft veel voordelen. Het is bijvoorbeeld bekend dat kristallen beter worden in microzwaartekracht.

“Ze hebben meer tijd om holtes te vullen en te monteren, omdat er geen zwaartekrachtdrukken zijn. Aangezien onze nanobuisjes zelf worden geassembleerd, is er veel gelijkenis met kristallisatie. Zonder zwaartekracht is er geen sedimentatie, de moleculen kunnen roteren en vrij maken en betere structuren maken,” zegt Chen.

Maar het produceren van een medicijn in de ruimte heeft een aantal speciale logistieke uitdagingen. Zoals in de ruimte komen – en weer naar de aarde komen. De eerste keer dat ze experimenten op het ISS liepen, lekten veel van hun monsters op weg naar huis. Ze dachten dat het was door de stress van ruimtevaart. Maar het probleem was echt bij het grondtransport.

“Het spatten van de oceaan veroorzaakt geen lekkage,” maar stuiteren in een vrachtwagen kan lekkage veroorzaken, zegt Trystin Cote, een afgestudeerde student in het team.

Nu worden de monsters veilig klittenband in piepschuimpakking voor de terugreis naar de aarde.

Communicatie met astronauten gaat ook goed.

“Terwijl we live video zien gestreamd vanuit de werkplek van de International Space Station, behouden we constante communicatie met de astronauten; als ze vragen hebben, vertellen ze het personeel van de Mission Control Operations Operations van Axiom Space, die vervolgens de informatie aan ons doorgeven en vice versa,” zegt Maxwell Landolina, een afgestudeerde student in Chen’s Lab.

Dit wordt de zevende reeks experimenten van het team op het ruimtestation. Als het succesvol is, is dit misschien de laatste die afhankelijk is van publieke financiering. Chen’s Lab werkt samen met Eascra Biotech, een UConn -spin -offbedrijf, om de Janus Nanotube -productietechniek te commercialiseren.

Het bedrijf werd opgericht door Chen en zijn zakenpartner, Mari Anne Snow. Ze werken ook met Axiom Space, die Axiom Station bouwt, een privé, commercieel ruimtestation dat uitgebreid wetenschappelijk onderzoek, technologiedemonstraties en outreach -engagementen in de microzwaartekrachtomgeving zal uitvoeren.

Het team schat dat de extra productiekosten van de geneesmiddelen van de nanodeeltjes van Janus Base in de ruimte slechts ongeveer $ 30.000 per kilogram zullen bedragen. Dat zou ongeveer 100.000 doses zijn, of ongeveer 30 cent per dosis.

“In principe is dat niet zo duur”, zegt Chen.