![Prof. Oliver Lieleg en Ceren Kimna doen onderzoek naar nanodeeltjes die medicijnen precies in de aangetaste cellen afgeven. Krediet: Uli Benz / TUM Veilige nanodrager levert medicijnen rechtstreeks aan cellen](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800/2020/securenanoca.jpg)
Prof. Oliver Lieleg en Ceren Kimna doen onderzoek naar nanodeeltjes die medicijnen precies in de aangetaste cellen afgeven. Krediet: Uli Benz / TUM
Medicijnen hebben vaak ongewenste bijwerkingen. Een reden is dat ze niet alleen de ongezonde cellen bereiken waarvoor ze bedoeld zijn, maar ook gezonde cellen bereiken en daar een impact op hebben. Onderzoekers van de Technische Universiteit München (TUM) hebben in samenwerking met het KTH Royal Institute of Technology in Stockholm een stabiele nanodrager voor medicijnen ontwikkeld. Een speciaal mechanisme zorgt ervoor dat de medicijnen alleen in zieke cellen vrijkomen.
Het menselijk lichaam bestaat uit miljarden cellen. Bij kanker wordt het genoom van meerdere van deze cellen pathologisch veranderd, zodat de cellen zich ongecontroleerd delen. De oorzaak van virusinfecties wordt ook gevonden in de aangetaste cellen. Tijdens chemotherapie worden bijvoorbeeld medicijnen gebruikt om te proberen deze cellen te vernietigen. De therapie heeft echter invloed op het hele lichaam en beschadigt ook gezonde cellen en resulteert in bijwerkingen die soms behoorlijk ernstig zijn.
Een team van onderzoekers onder leiding van prof.Oliver Lieleg, hoogleraar biomechanica en lid van de TUM Munich School of BioEngineering, en prof.Thomas Crouzier van de KTH heeft een transportsysteem ontwikkeld dat de werkzame stoffen van medicijnen alleen in de aangetaste cellen afgeeft. “De medicijndragers worden door alle cellen geaccepteerd”, legt Lieleg uit. “Maar alleen de zieke cellen zouden in staat moeten zijn om de afgifte van de actieve stof te activeren.”
Synthetisch DNA houdt de medicijndragers gesloten
De wetenschappers hebben nu aangetoond dat het mechanisme werkt in tumormodelsystemen op basis van celculturen. Eerst verpakten ze de actieve ingrediënten. Ze gebruikten hiervoor zogenaamde mucines, het hoofdbestanddeel van het slijm dat bijvoorbeeld op de slijmvliezen van mond, maag en darmen zit. Mucines bestaan uit een eiwitachtergrond waaraan suikermoleculen zijn gekoppeld. “Omdat mucines van nature in het lichaam voorkomen, kunnen geopende mucinedeeltjes later door de cellen worden afgebroken”, zegt Lieleg.
Een ander belangrijk onderdeel van het pakket komt ook van nature voor in het lichaam: deoxyribonucleïnezuur (DNA), de drager van onze genetische informatie. De onderzoekers creëerden synthetisch DNA-structuren met de eigenschappen die ze wilden en bonden deze structuren chemisch aan de mucines. Als nu glycerol wordt toegevoegd aan de oplossing die de mucine-DNA-moleculen en het actieve ingrediënt bevat, neemt de oplosbaarheid van de mucines af, ze vouwen zich op en omsluiten het actieve middel. De DNA-strengen binden zich aan elkaar en stabiliseren zo de structuur zodat de mucines zich niet meer kunnen ontvouwen.
Het slot op de sleutel
De DNA-gestabiliseerde deeltjes kunnen alleen worden geopend met de juiste “sleutel” om de ingekapselde moleculen van het actieve middel opnieuw vrij te geven. Hier gebruiken de onderzoekers zogenaamde microRNA-moleculen. RNA of ribonucleïnezuur heeft een structuur die erg lijkt op die van DNA en speelt een belangrijke rol bij de synthese van eiwitten in het lichaam; het kan ook andere celprocessen reguleren.
“Kankercellen bevatten microRNA-strengen waarvan we de structuur precies kennen”, legt Ceren Kimna, hoofdauteur van de studie, uit. “Om ze als sleutels te gebruiken, hebben we het slot dienovereenkomstig aangepast door nauwgezet de synthetische DNA-strengen te ontwerpen die de deeltjes van onze medicatiedrager stabiliseren.” De DNA-strengen zijn zo gestructureerd dat het microRNA eraan kan binden en als resultaat de bestaande bindingen die de structuur stabiliseren, afbreken. De synthetische DNA-strengen in de deeltjes kunnen ook worden aangepast aan microRNA-structuren die voorkomen bij andere ziekten zoals diabetes of hepatitis.
De klinische toepassing van het nieuwe mechanisme is nog niet getest; aanvullend laboratoriumonderzoek met complexere tumormodelsystemen is eerst nodig. De onderzoekers zijn ook van plan om te onderzoeken of dit mechanisme verder kan worden aangepast om actieve stoffen vrij te maken om bestaande kankertherapieën te verbeteren.
Ceren Kimna et al, DNA-strengen triggeren de intracellulaire afgifte van geneesmiddelen uit op mucine gebaseerde nanocarriers, ACS Nano (2020). DOI: 10.1021 / acsnano.0c04035
ACS Nano
Geleverd door Technische Universiteit München