PH-responsieve grafeen nanocarriers verbeteren de precisie bij het leveren van geneesmiddelen van kanker

Kanker blijft wereldwijd een van de belangrijkste doodsoorzaken en ondanks de vooruitgang in de diagnose en behandeling blijft het wereldwijd een aanzienlijke gezondheidslast opleggen. Onderzoekers zijn nu begonnen met het verkennen van verschillende innovatieve methoden, zoals ontwikkelde nanomaterialen (ENM’s) die gerichte medicijnafgifte aan kankercellen kunnen mogelijk maken. Hoewel veelbelovend, blijft het in vivo gedrag van pH-responsieve ENM’s, die continu interageren met lichaamsvloeistoffen eenmaal toegediend, slecht begrepen.

To address this research gap, a team of researchers led by Professor Yuta Nishina from the Research Institute for Interdisciplinary Science, Okayama University, Japan, in collaboration with Assistant Professor Yajuan Zou from the same institution and Professor Alberto Bianco from CNRS, University of Strasbourg, France, aimed to investigate how pH-responsive ENMs convert their properties into dynamic interactions with proteins en cellen in vivo. Hun bevindingen werden online gepubliceerd in het tijdschrift Klein op 1 juni 2025.

Grafeenoxide-een op koolstof gebaseerd nanomateriaal verkregen uit grafiet-is onlangs populair geworden in nanotechnologie vanwege zijn structurele eigenschappen en het vermogen om zich in tumoren te verzamelen door het verbeterde permeabiliteit en het retentie-effect. Het wordt echter geconfronteerd met beperkte toepassingen omdat het immuunsysteem het snel uit de circulatie verwijdert, wat resulteert in inefficiënte opname door kankercellen.

To overcome this barrier, the researchers designed a “charge-reversible” graphene material by attaching a hyperbranched polymer called amino-rich polyglycerol (hPGNH2) to graphene oxide sheets and then adding an dimethylmaleic anhydride (DMMA) moiety to make the surface pH-responsive.

“Wanneer het materiaal zich in de neutrale pH van de bloedbaan bevindt, blijft het oppervlak negatief geladen, waardoor detectie door het immuunsysteem wordt vermeden”, legt Prof. Nishina uit. “Maar wanneer het de enigszins zure omgeving van een tumor binnengaat, wordt het oppervlak positief geladen, waardoor het kan binden aan en kankercellen binnen te gaan.”

Het team analyseerde drie versies van dit grafeenoxide-polyglycerol-DMMA (GOPG-DMMA) materiaal door de dichtheden van aminogroepen in HPGNH2 te variëren. Deze groepen omvatten GOPGNH115, GOPGNH60 en GOPGNH30. Het verschil in aminegroepen veranderde de resulterende positieve lading en beïnvloedde daardoor de bevestiging van het GOPG-DMMA-materiaal.

Volgens de resultaten werkte de GOPGNH60-DMMA-variant het beste, het bereiken van de juiste veiligheidsbalans in de bloedbaan en optimale positieve lading in de zure tumoromgeving. Door deze balans kon het materiaal de tumorcellen efficiënter bereiken en binden en binding aan gezonde cellen en bloedeiwitten vermijden. Bovendien leidde het tot een hogere accumulatie van nanomaterialen in tumorplaatsen met minder bijwerkingen, wat werd bevestigd door muismodellen.

“We hebben opgemerkt dat we door de oppervlaktechemie aan te passen, kunnen bepalen hoe nanomaterialen zich in het lichaam gedragen”, zegt Dr. Zou. “Het succes van deze precieze controle zou nieuwe wegen kunnen openen voor ‘Theranostics’ die zowel de diagnose als de behandeling van kanker integreren.”

De studie markeert een mijlpaal bij gerichte medicijnafgifte en kan helpen dergelijke pH-reagerende nanomaterialen te verfijnen voor meer precisie. Inzichten uit de studie kunnen ook helpen bij het richten van geneesmiddelen in cellen – vooral in zure compartimenten zoals lysosomen of endosomen – behandelingen nauwkeuriger en het verminderen van schade aan gezond weefsel.

De studie maakt deel uit van een groeiende internationale samenwerking. In 2025 lanceerden Okayama University en CNRS het IRP C3M International Research Program, dat tot doel heeft om meer slimme nanomaterialen voor gezondheidszorg te creëren. In de toekomst zullen de onderzoekers de grenzen van nanomaterialen blijven verleggen voor betere therapieën.

“We hebben nu een concrete richtlijn voor het verbeteren van de prestaties van pH-responsieve nanomedicines,” zei prof. Nishina. “Met deze ontdekking zijn we een stap dichter bij de toekomst van gepersonaliseerde geneeskunde.”