Zwemmende microrobots leveren kankerbestrijdende medicijnen aan uitgezaaide longtumoren bij muizen

Ingenieurs van de Universiteit van Californië in San Diego hebben microscopische robots ontwikkeld, ook wel microrobots genoemd, die door de longen kunnen zwemmen om kankerbestrijdende medicijnen rechtstreeks aan metastatische tumoren af ​​te geven. Deze aanpak is veelbelovend gebleken bij muizen, waar het de groei en verspreiding remde van tumoren die waren uitgezaaid naar de longen, waardoor de overlevingskansen werden verhoogd in vergelijking met controlebehandelingen.

De bevindingen zijn gedetailleerd in een document gepubliceerd op 12 juni in Wetenschappelijke vooruitgang.

De microrobots zijn een ingenieuze combinatie van biologie en nanotechnologie. Ze zijn een gezamenlijke inspanning van de laboratoria van Joseph Wang en Liangfang Zhang, beide professoren aan de Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Om de microrobots te maken, hebben onderzoekers met medicijnen gevulde nanodeeltjes chemisch aan het oppervlak van groene algencellen bevestigd. De algen, die de microrobots van hun beweging voorzien, zorgen ervoor dat de nanodeeltjes efficiënt in de longen kunnen rondzwemmen en hun therapeutische lading aan tumoren kunnen afgeven.

De nanodeeltjes zijn gemaakt van kleine biologisch afbreekbare polymeerbolletjes, gevuld met het chemotherapeutische medicijn doxorubicine en bedekt met rode bloedcelmembranen. Deze coating vervult een cruciale functie: het beschermt de nanodeeltjes tegen het immuunsysteem, waardoor ze lang genoeg in de longen kunnen blijven om hun antitumorale effecten uit te oefenen.

“Het fungeert als camouflage”, zegt mede-eerste auteur van het onderzoek, Zhengxing Li, een Ph.D. student in de onderzoeksgroepen van zowel Wang als Zhang. “Door deze coating lijkt het nanodeeltje op een rode bloedcel uit het lichaam, waardoor het geen immuunreactie veroorzaakt.”

Deze formulering van nanodeeltjes-dragende algen is veilig, merkten de onderzoekers op. De materialen die worden gebruikt om de nanodeeltjes te maken zijn biocompatibel, terwijl de gebruikte groene algen, Chlamydomonas reinhardtii, door de Amerikaanse Food and Drug Administration als veilig voor gebruik worden erkend.

Deze studie bouwt voort op eerder werk van de teams van Wang en Zhang waarbij soortgelijke microrobots werden gebruikt om dodelijke longontsteking bij muizen te behandelen. “Dit waren de eerste microrobots die veilig werden getest in de longen van levende dieren”, zegt Wang.

In eerder werk bestreden de microrobots de verspreiding van longontsteking veroorzakende bacteriën met behulp van een andere combinatie van medicijnen en celmembraan voor de nanodeeltjes. Door deze componenten aan te passen, heeft het team de microrobots nu op maat gemaakt om de verspreiding van kankercellen in de longen te bestrijden.

“We demonstreren dat dit een platformtechnologie is die actief en efficiënt therapieën door het gehele longweefsel kan leveren om verschillende soorten dodelijke ziekten in de longen te bestrijden”, aldus Zhang.

In het huidige onderzoek werden muizen met melanoom dat naar de longen was uitgezaaid, behandeld met de microrobots, die via een buisje in de luchtpijp aan de longen werden toegediend.

Behandelde muizen ervoeren een mediane overlevingstijd van 37 dagen, een verbetering ten opzichte van de mediane overlevingstijd van 27 dagen waargenomen bij onbehandelde muizen, evenals muizen die het medicijn alleen kregen of met medicijn gevulde nanodeeltjes zonder algen.

“De actieve zwembeweging van de microrobots verbeterde de distributie van het medicijn naar het diepe longweefsel aanzienlijk, terwijl de retentietijd werd verlengd”, aldus Li. “Deze verbeterde distributie en verlengde retentietijd stelden ons in staat de vereiste medicijndosering te verlagen, waardoor mogelijk de bijwerkingen werden verminderd terwijl de hoge overlevingsefficiëntie behouden bleef.”

In de toekomst werkt het team aan het bevorderen van deze microrobotbehandeling naar proeven bij grotere dieren, met als uiteindelijk doel klinische proeven op mensen.