Onderzoekers ontwikkelen nieuwe, warmte-efficiënte nanodeeltjes voor de behandeling van kanker

Wetenschappers van de Oregon State University hebben een manier uitgevonden om magnetische nanodeeltjes te maken die heter worden dan elk eerder nanodeeltje, waardoor ze beter in staat zijn om kanker te bestrijden.

Faculteit van het OSU College of Pharmacy stond aan het hoofd van een samenwerking die een geavanceerde thermische ontledingsmethode ontwikkelde voor het produceren van nanodeeltjes die temperaturen kunnen bereiken in kankerlaesies tot 50 graden Celsius, of 122 graden Fahrenheit, wanneer ze worden blootgesteld aan een wisselend magnetisch veld.

Bevindingen van de preklinische studie onder leiding van Oleh Taratula en Olena Taratula werden vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Kleine methoden.

Magnetische nanodeeltjes hebben jarenlang een antikankerpotentieel aangetoond, aldus de wetenschappers. Eenmaal in een tumor worden de deeltjes – kleine stukjes materie zo klein als een miljardste meter – blootgesteld aan een wisselend magnetisch veld. Blootstelling aan het veld, een niet-invasief proces, zorgt ervoor dat de nanodeeltjes opwarmen, de kankercellen verzwakken of vernietigen.

“Magnetische hyperthermie is veelbelovend voor de behandeling van vele soorten kanker,” zei Olena Taratula. “Veel preklinische en klinische onderzoeken hebben het potentieel ervan aangetoond om kankercellen direct te doden of hun gevoeligheid voor bestraling en chemotherapie te vergroten.”

Maar op dit moment kan magnetische hypothermie alleen worden gebruikt voor patiënten van wie de tumoren toegankelijk zijn met een injectienaald, zei Oleh Taratula, en niet voor mensen met moeilijk bereikbare maligniteiten zoals uitgezaaide eierstokkanker.

“Met de momenteel beschikbare magnetische nanodeeltjes kunnen de vereiste therapeutische temperaturen – boven de 44 graden Celsius – alleen worden bereikt door directe injectie in de tumor”, zei hij. “De nanodeeltjes hebben slechts een matige verwarmingsefficiëntie, wat betekent dat je een hoge concentratie ervan in de tumor nodig hebt om voldoende warmte te genereren. En talloze onderzoeken hebben aangetoond dat slechts een klein percentage van de systemisch geïnjecteerde nanodeeltjes zich ophopen in tumoren, waardoor het een uitdaging is om die hoge concentratie.”

Om die problemen aan te pakken, ontwikkelden de wetenschappers een nieuwe chemische productietechniek die resulteerde in magnetische nanodeeltjes met meer verwarmingsefficiëntie. Ze toonden in een muismodel aan dat de met kobalt gedoteerde nanodeeltjes zich zullen ophopen in uitgezaaide eierstokkankertumoren na systemische toediening van een lage dosis, en dat wanneer ze worden blootgesteld aan een wisselend magnetisch veld, de deeltjes in temperatuur kunnen stijgen tot 50 graden Celsius.

“Voor zover wij weten, is dit de eerste keer dat is aangetoond dat magnetische nanodeeltjes die intraveneus worden geïnjecteerd in een klinisch aanbevolen dosis, in staat zijn om de temperatuur van kankerweefsel boven 44 graden Celsius te verhogen,” zei Olena Taratula. “En we hebben ook aangetoond dat onze nieuwe methode kan worden gebruikt voor de synthese van verschillende kern-schaal nanodeeltjes. Het zou kunnen dienen als basis voor de ontwikkeling van nieuwe nanodeeltjes met hoge verwarmingsprestaties, waardoor systemische magnetische hyperthermie voor de behandeling van kanker verder wordt bevorderd.”

Core-shell nanodeeltjes hebben een binnenste kernstructuur en een buitenste schil gemaakt van verschillende componenten, zei ze. Onderzoekers zijn er vooral in geïnteresseerd vanwege de unieke eigenschappen die kunnen voortvloeien uit de combinatie van kern- en schaalmateriaal, geometrie en ontwerp.

Naast Olena en Oleh Taratula omvatte de samenwerking ook College of Pharmacy-onderzoekers Youngrong Park, Abraham Moses, Peter Do, Ananiya Demessie, Tetiana Korzun, Fahad Sabei, Conroy Sun, Prem Singh, Fahad Sabei en Hassan Albarqi, evenals Pallavi Dhagat van het Oregon State College of Engineering en onderzoekers van de Oregon Health & Science University.