Een gezamenlijk onderzoeksteam van de Hong Kong Baptist University (HKBU) heeft een nanodeeltje genaamd TRZD gesynthetiseerd dat de dubbele functie kan vervullen van het diagnosticeren en behandelen van glioom in de hersenen. Het zendt aanhoudende luminescentie uit voor de diagnostische beeldvorming van glioomweefsels in vivo en remt de groei van tumorcellen door de gerichte toediening van chemotherapiemedicijnen te ondersteunen.
Het nanodeeltje biedt hoop voor de vroege diagnose en behandeling van glioom, met name cerebellair glioom, dat nog moeilijker te detecteren en te genezen is met bestaande methoden. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke vooruitgang.
Beperkingen van bestaande diagnostische en therapeutische benaderingen
Glioma is de meest voorkomende vorm van kwaadaardige primaire hersentumor en is verantwoordelijk voor ongeveer een derde van alle hersentumoren. Magnetic resonance imaging (MRI) wordt vaak gebruikt om glioom te diagnosticeren, maar de technologie is niet zo gevoelig. Cerebellair glioom, een relatief zeldzame hersentumor, is nog moeilijker te detecteren met MRI. Om vroege detectie en behandeling te vergemakkelijken, is een alternatieve methode met verbeterde gevoeligheid en precisie nodig om glioom te diagnosticeren.
Doxorubicine, een middel voor chemotherapie, is een effectieve behandeling voor glioom. De toepassing ervan kan echter ook normale cellen beschadigen en gaat gepaard met een reeks bijwerkingen. Om de klinische werkzaamheid van doxorubicine te verbeteren en de bijwerkingen te minimaliseren, is een nieuwe aanpak nodig om het geneesmiddel gerichter op tumorcellen aan te brengen.
Als antwoord op de diagnostische en therapeutische behoeften van glioma, heeft een onderzoeksteam mede geleid door Dr. Wang Yi, assistent-professor van de afdeling Chemie aan de HKBU, en professor Law Ga-lai, hoogleraar aan de afdeling Toegepaste Biologie en Chemische Technologie aan de Hong Kong Polytechnic University, heeft een nieuw nabij-infrarood (NIR) persistent luminescentie-nanodeeltje genaamd TRZD gesynthetiseerd, dat een dubbele rol kan spelen bij diagnostische beeldvorming en als medicijndrager voor glioom.
TRZD heeft de eigenschap NIR aanhoudende luminescentie uit te zenden na excitatie met ultraviolet (UV) licht. De basisstructuur van TRZD is een combinatie van nanodeeltjes, geladen met de mesoporeuze structuur van silica, waardoor het een goede drager is van doxorubicinedeeltjes. Het oppervlak is bedekt met membranen van rode bloedcellen om de stabiliteit te vergroten, en het is ingebed met T7-peptiden. T7-peptiden hebben een sterke affiniteit voor transferrinereceptoren die overvloedig aanwezig zijn op het oppervlak van tumorcellen, en ze kunnen de penetratie van TRZD door de bloed-hersenbarrière vergemakkelijken.
Een beeldvormende sonde voor de diagnose van glioom
Het onderzoeksteam evalueerde de werkzaamheid van TRZ (dwz TRZD zonder doxorubicine) bij diagnostische beeldvorming voor glioom met een muismodel. TRZ-deeltjes werden eerst geëxciteerd door UV-licht om luminescentie te initiëren. Muizen met tumorweefsels geïnjecteerd in hun cerebrum en cerebellum werden vervolgens behandeld met TRZ. In de volgende 24 uur werd TRZ-luminescentie gedetecteerd op de tumorplaatsen van de muizen.
Toen echter hetzelfde experiment werd uitgevoerd met TRZ zonder T7-peptiden en TRZ zonder zowel de rode bloedcelmembraancoating als T7-peptiden, werd er geen luminescentie gedetecteerd op de tumorplaatsen van de muizen. De resultaten tonen aan dat de coating van het rode bloedcelmembraan de functie van TRZ kan verlengen door het nanodeeltje te stabiliseren en de natuurlijke opname ervan door het menselijk lichaam kan vertragen. Aan de andere kant spelen T7-peptiden een belangrijke rol bij de penetratie van TRZ in en accumulatie in tumorcellen, zodat het zijn beeldvormende functie voor glioom kan vervullen.
Dr. Wang zei: “Ons experiment suggereert dat TRZ een veelbelovend bioimaging-middel is voor de diagnose van glioom. Er werd waargenomen dat de luminescentie van TRZ kan worden gedetecteerd in tumorcellen in zowel de grote hersenen als de kleine hersenen, wat een bemoedigend resultaat is. omdat glioom in het cerebellumgebied moeilijk te detecteren is met bestaande diagnostische methoden. Als resultaat biedt TRZ nieuwe hoop voor de tijdige en nauwkeurige diagnose van glioom.”
TRZD remt de groei van glioom en verlengt de levensduur van muizen
Het onderzoeksteam evalueerde verder de antitumoreffectiviteit van TRZD met behulp van een groep muizen waarvan het cerebrum en cerebellum waren geïnjecteerd met tumorweefsel. Na toepassing van TRZD gedurende 15 dagen was de gemiddelde diameter van hun tumoren teruggebracht tot 1 mm. Ze overleefden ook gemiddeld 20 dagen langer in vergelijking met de controlegroep, die geen TRZD had gekregen. Bovendien werd celdood waargenomen in het tumorgebied, maar niet in normaal hersenweefsel.
Dr. Wang zei: “De experimentele resultaten geven aan dat het therapeutische effect van TRZD op glioom een goede selectiviteit heeft, omdat doxorubicine specifiek naar tumorcellen wordt gebracht vanwege de sterke affiniteit van T7-peptide met de oppervlaktereceptoren van tumorcellen en zijn vermogen om de bloed-hersenbarrière te penetreren. Hierdoor kan doxorubicine gerichter worden toegepast en hopelijk kunnen de bijwerkingen worden geminimaliseerd met een lagere medicijndosering.
“We concludeerden dat TRZD een veelbelovend potentieel heeft en dat het zou kunnen worden ontwikkeld tot een nieuwe generatie anti-glioomgeneesmiddelen die de dubbele functie van diagnose en behandeling kunnen vervullen. Het biedt ook hoop voor de ontwikkeling van behandelingsprotocollen voor andere hersenziekten.”
Meer informatie:
Jianglong Kong et al, Biomimetische multifunctionele persistente luminescentie nanoprobes voor langdurige nabij-infrarood beeldvorming en therapie van cerebrale en cerebellaire gliomen, Wetenschappelijke vooruitgang (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abm7077
Tijdschrift informatie:
Wetenschappelijke vooruitgang
Aangeboden door de Hong Kong Baptist University