Nanogeneeskunde: de immuuncellen van een patiënt gebruiken om de verspreiding van kanker te voorkomen

Het feit dat ons immuunsysteem nanodeeltjes en de medicijnen die ze bevatten opvangt en vernietigt, is al geruime tijd een probleem op het gebied van nanogeneeskunde. Maar in de strijd tegen kanker proberen onderzoekers dit probleem nu in hun voordeel uit te buiten.

Onderzoekers over de hele wereld proberen technieken te identificeren die nanodeeltjes gebruiken bij de behandeling van ziekten. Zulke deeltjes hebben een diameter van ongeveer 100 nanometer – een duizendste van een millimeter – en daarin brengen onderzoekers grote aantallen nog kleinere medicijnmoleculen in.

Het optimisme over deze aanpak bij de behandeling van verschillende vormen van kanker is bijzonder groot.

“We hebben vastgesteld dat de wanden van bloedvaten in kankertumoren bij muizen grotere poriën hebben dan dezelfde vaten in gezond weefsel”, zegt Sjoerd Hak, een onderzoeker aan het Noorse wetenschapsinstituut SINTEF. “Als we nanodeeltjes in het bloed injecteren, maken de poriën het voor hen gemakkelijker om uit de vaten te ontsnappen en de tumor binnen te dringen”, zegt hij.

“In gezond weefsel, waar de bloedvaten intact zijn, kunnen de nanodeeltjes niet ontsnappen”, vertelt Hak aan Gemini.

Dit wetende maakt het gemakkelijker om de medicijnen op hun gewenste bestemming te richten, en we kunnen ook de hoeveelheid medicijnen beperken die delen van het lichaam bereiken waar ze schade kunnen aanrichten.

Nanomedicine staat echter voor een groot probleem. Ons immuunsysteem verwelkomt geen kleine en onbekende vreemde lichamen.

Een virus of een medicijn?

“De nanodeeltjes zijn ongeveer even groot als een virus en zijn normaal gesproken opgebouwd uit moleculen die van nature niet in het bloed thuishoren. Dit betekent dat het lichaam ze ontdekt en weer verwijdert”, legt Hak uit.

Als gevolg hiervan zullen de nanodeeltjes niet lang genoeg in het bloed aanwezig zijn om een ​​adequate dosis medicijnen af ​​te geven aan de doeltumor.

“Veel van ons onderzoek is gericht op het ontwikkelen van deeltjes die hun aanwezigheid in het bloed kunnen verlengen”, zegt Hak. “We hebben enig succes gehad, maar de opname van geneesmiddelen door tumorweefsel blijft nog steeds beperkt. Bij muizen hebben we veel uitstekende resultaten behaald, maar het effect blijft enigszins beperkt bij mensen”, zegt hij.

Zoals met zoveel andere technologieën die worden voorafgegaan door “nano-“, duurt het even voordat nanogeneeskunde voldoet aan de verwachtingen die het een decennium of twee geleden heeft gewekt.

“In verhouding tot de omvang van dit onderzoeksgebied is er op het gebied van klinische behandelingen nog heel weinig bereikt. Maar we komen er wel, daar ben ik van overtuigd”, zegt Hak.

Ondertussen testen hij en zijn collega’s een alternatieve route naar de tumoren voor de nanodrugs. In plaats van tegen het immuunsysteem te vechten, is de nieuwe aanpak om ermee samen te werken en mee te spelen.

Agressieve immuuncellen

Het is heel moeilijk om te voorkomen dat nanodeeltjes door immuuncellen worden geconsumeerd. Dergelijke cellen zijn specialisten in het opsporen en verwijderen van vreemde lichamen. Tegelijkertijd is onze kennis over de rollen die deze cellen spelen aanzienlijk verbeterd en zijn er een aantal nieuwe behandelingen ontwikkeld op het gebied van wat we immunotherapie noemen.

“We proberen deze twee aspecten te combineren als onderdeel van ons onderzoek – en we zijn niet de enige”, zegt Hak. “Er zijn veel onderzoekers over de hele wereld die dit hebben gerealiseerd en die interacties met immuuncellen proberen te benutten”, zegt hij.

“Het is onze bedoeling om de eigen afweermechanismen van het lichaam te gebruiken om kankertumoren aan te vallen. We richten ons niet noodzakelijkerwijs rechtstreeks op de kankercellen, maar we willen de omstandigheden minder gunstig maken voor hun groei en ontwikkeling”, legt Hak uit.

De medicijnen direct op de kankercellen richten is niet het belangrijkste. Het belangrijkste doel hier is wat de medicijnen doen als ze interageren met de immuuncellen en het immuunsysteem.

Wat gebeurt er in levende tumoren

Om dit te bereiken, hebben de onderzoekers meer kennis nodig over wat er daadwerkelijk gebeurt met de nanodeeltjes en de medicijnmoleculen die ze bij zich dragen. Een van de technieken die ze gebruiken, wordt intravitale microscopie genoemd.

“Intravitale microscopie omvat het maken van films en afbeeldingen van levende tumoren in muizen onder een microscoop”, zegt Hak. “Hierdoor kunnen we naar individuele kankercellen kijken en de wanden van bloedvaten onderzoeken”, legt hij uit.

De nanodeeltjes zijn te klein om geïsoleerd te kunnen worden geïdentificeerd, maar door ze zelfverlichtend te maken, kunnen we hun bewegingen volgen.

“Ze zijn te klein om afzonderlijk te zien, zelfs onder een microscoop, maar we weten waar ze zijn omdat we hun fluorescentie kunnen detecteren”, zegt Hak.

“We zien dat de afweercellen bewegen en dat ze grote aantallen fluorescerende deeltjes hebben opgenomen”, zegt Hak. “Binnenin de tumor kunnen we cellen zien die vrij onbeweeglijk zijn en die ook deeltjes hebben opgenomen”, legt hij uit.

“We kunnen zien dat sommige immuuncellen daadwerkelijk, althans gedeeltelijk, verantwoordelijk lijken te zijn voor de opname van deeltjes in de tumor. Het is niet mogelijk om dit waar te nemen met andere technieken dan intravitale microscopie”, zegt Hak.

Met MRI- of PET-scantechnieken is dit soort informatie niet te verkrijgen.

“Intravitale microscopie heeft ons een beter mechanistisch inzicht gegeven in hoe deze deeltjes zich ophopen in een tumor”, zegt Hak.

Het gedrag van immuuncellen veranderen

Onderzoekers hebben aangetoond dat het inderdaad mogelijk is om de deeltjes in de afweercellen in de tumor te krijgen. De volgende stap is om het juiste medicijn te identificeren en, niet in de laatste plaats, ervoor te zorgen dat het een therapeutisch effect zal hebben. De natuurlijke reactie van de immuuncellen is om te proberen de nanodeeltjes te vernietigen, en ze zijn meer dan voldoende uitgerust om dit te bereiken.

“De afweercellen proberen de deeltjes af te breken”, zegt Hak. “Ze bevatten een verscheidenheid aan enzymen en zuren, evenals speciale ruimtes of compartimenten waar ze materiaal voor vernietiging naartoe sturen”, zegt hij.

Deze immuuncellen zijn wat onderzoekers fagocyten noemen, van het Grieks dat ‘cellen eten’ betekent. Hak en zijn collega’s proberen deze fagocyten zo te manipuleren dat ze hun gedrag veranderen.

“We werken met twee verschillende medicijnen die we in de nanodeeltjes hebben ingekapseld en proberen nu te zien wat voor effecten deze hebben op de immuuncellen”, legt Hak uit.

Ze richten zich op de fagocyten omdat ze ‘van kant kunnen veranderen’ en in het voordeel van de tumor werken in plaats van ertegen.

“We weten dat deze cellen een sleutelrol spelen wanneer een tumor groeit en zich ontwikkelt. De tumor slaagt erin ze te misleiden zodat ze in zijn voordeel werken”, zegt Hak.

“Wat we proberen te doen, is de functies van cellen die voor de tumor werken manipuleren of uitschakelen”, zegt hij.

Veelbelovende testresultaten bij muizen

Dit betekent in feite dat onderzoekers proberen de opname van nanodeeltjes door immuuncellen te vergroten. Dit is het tegenovergestelde van waar medisch onderzoek al vele jaren naar streeft. Op dit moment onderzoeken ze hoe het proces werkt in geïsoleerde menselijke afweercellen en in muizen met borstkanker.

“We hebben een paar weken geleden de eerste therapeutische experimenten afgerond en de resultaten zijn erg interessant”, zegt Hak. “Maar er is nog veel werk te doen voordat we conclusies kunnen trekken. “Het zal tijd kosten om precies vast te stellen hoe we dingen aanpakken en welke concentraties en incubatietijden het meest geschikt zijn”, legt hij uit.

“Er is veel dat we moeten uitzoeken voordat we kunnen zeggen dat deze techniek werkt”, zegt Hak. “Misschien komen we erachter dat het helemaal niet werkt met de twee medicijnen die we hebben geselecteerd. In dat geval moeten we misschien helemaal opnieuw beginnen met nieuwe medicijnen”, zegt hij.

Een belangrijk knelpunt in het proces, niet alleen voor dit project, maar voor het hele gebied van nanogeneeskunde, is proberen de deeltjes die de medicijnen dragen te overtuigen om de compartimenten te verlaten waar de cellen ze naartoe hebben gestuurd voor vernietiging.

“Het lijkt alsof de moleculen die we gebruiken kunnen ontsnappen”, zegt Hak. “Onze eerste resultaten bevestigen dit, dus ik geloof dat we zullen slagen, hoewel het nog te vroeg is om het met zekerheid te zeggen”, zegt hij.

Kansen voor innovatieve benaderingen

Zoals bij al het andere medische onderzoek, moeten er veel kleine stappen worden gezet voordat we nieuwe behandelmethoden kunnen toepassen op patiënten. Sjoerd Hak ziet dit project als onderdeel van een veel groter geheel.

“Het zou natuurlijk heel spannend zijn als we een behandeling zouden vinden die zo goed werkte dat het verder onderzoek rechtvaardigde naar precies dezelfde nanodrug die we maken.”, zegt hij.

“Maar persoonlijk ben ik meer geïnteresseerd om aan te tonen dat we met deze techniek therapeutische effecten kunnen bereiken. Het biedt immers kansen voor een aantal nieuwe therapeutische benaderingen”, zegt Hak.

Het artikel wordt gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde beoordelingen van medicijnafgifte.