Nieuwe nanodeeltjes met potentieel voor verbeterde diepe tumortherapie

Onderzoekers Dr. Yansong Feng en Prof. Hong Zhang van het Van ’t Hoff Instituut voor Moleculaire Wetenschappen van de Universiteit van Amsterdam (UvA) hebben nieuwe meerlagige, multifunctionele nanodeeltjes ontworpen en gesynthetiseerd die een combinatie van radiotherapie en fotodynamische therapie mogelijk maken voor diep kankerweefsel. Een eerste preklinische evaluatie van de deeltjes heeft hun therapeutisch potentieel aangetoond. Er is een patent aangevraagd en de universiteit zoekt nu partners voor verdere ontwikkeling of licentieverlening.

De nieuwigheid van de nanodeeltjes is dat ze het mogelijk maken om radiotherapie en fotodynamische therapie te combineren terwijl alleen röntgenstraling wordt gebruikt. De deeltjes vergemakkelijken ook de beeldvorming van diep weefsel, waardoor beeldgestuurde doelgerichtheid van de gecombineerde therapie mogelijk is.

Gecombineerde therapie

Bij fotodynamische therapie wordt zichtbaar licht gebruikt om fotosensitizers te activeren die radicale zuurstofsoorten afgeven om kankercellen te vernietigen. Het valt verschillende delen van een kankercel aan in vergelijking met conventionele radiotherapie met behulp van röntgenstralen. Het gecombineerde gebruik van beide therapieën verhoogt de vernietiging van tumorweefsel en vermindert vaak de benodigde röntgenstralingsdosis. Omdat fotodynamische therapie echter wordt geactiveerd door licht, is het moeilijk om het te gebruiken voor de behandeling van kankerweefsel dat zich diep in het lichaam bevindt. Hiervoor is een invasieve procedure nodig, zoals endoscopie met behulp van een optische vezel. Met röntgenfoto’s is er geen probleem. Ze dringen gemakkelijk het lichaam binnen en zijn zo gefocust dat ze hun verwoestende werk op de tumorplaats kunnen doen.

Door nanodeeltjes te ontwerpen die zichtbaar licht kunnen uitzenden bij bestraling met röntgenstraling, hebben de UvA-onderzoekers nu een manier gevonden om fotodynamische therapie op diepe locaties toe te passen zonder invasieve procedures. De deeltjes zijn ontwikkeld tijdens de Ph.D. onderzoek van dr. Yansong Feng, begeleid door prof.dr. Hong Zhang bij de onderzoeksgroep Molecular Photonics van de UvA.

Beeldgestuurde targeting

Het nanodeeltje bestaat uit een kern omgeven door twee buitenste lagen. De buitenste laag is in staat tot scintillatie – een proces dat röntgenstralen omzet in zichtbaar licht en zo fotodynamische therapie mogelijk maakt op elke locatie die toegankelijk is voor bestralingstherapie. De tweede laag is een bufferlaag die de sprankelende laag energetisch isoleert van de nanodeeltjeskern. In de kern zelf implementeerden de onderzoekers nog een belangrijke therapieverhogende functie. Het is in staat tot opconversie van luminescentie, wat betekent dat het de frequentie van het licht kan veranderen. De onderzoekers stemden de upconversie zo af dat het nanodeeltje een rood zichtbaar licht afgeeft bij belichting met nabij-infrarood (NIR) straling of röntgenstraling. Op deze manier hebben ze effectief de mogelijkheid van beeldgestuurde therapie tot stand gebracht. Bij belichting met NIR, dat een relatief lange penetratiediepte heeft, lichten de deeltjes sterk rood op en onthullen zo de locatie van de tumor. De kern blijft rood licht uitstralen tijdens radiotherapie met röntgenstraling, zij het met een lagere intensiteit. Het uitgezonden rode licht interfereert niet met de fotodynamische therapie.

Positieve preklinische evaluatie

Als proof of principle bestudeerden de onderzoekers de prestaties van de nanodeeltjes in kankerbehandelingsstudies met celculturen (in vitro) en muizen (in vivo). Dit gaf een duidelijke indicatie van de veiligheid en het therapeutisch potentieel van de deeltjes.

In samenwerking met Innovation Exchange Amsterdam (IXA, het technologieoverdrachtsbureau van de universiteit) zoeken de onderzoekers nu naar licentiehouders en/of partners om deze nieuwe aanpak verder te ontwikkelen tot een commercieel levensvatbare toepassing, waaronder de voltooiing van preklinische proeven en verdere toegang tot volledige klinische proeven. Dit zou een belangrijke rol spelen bij het vaststellen van de veiligheid van de nanodeeltjes, hun gebruiksgemak, hun prestaties tijdens de therapie en de algehele werkzaamheid van hun toepassing.