Nanodeeltjes genaamd liposomen werken beter bij kanker als ze gevoelig zijn voor de zuurgraad

Medicijnen verpakt in vette nanobolletjes komen al op de juiste plek in het lichaam terecht. Wetenschappers gaan nu nog een stap verder en controleren ook de snelheid waarmee de bolletjes hun inhoud vrijlaten. Dat lukt door de medicijnkoeriers gevoelig te maken voor de zuurgraad.

26 juni 2015

De vetbolletjes worden al veel gebruikt om kanker te bestrijden. In 1995 keurde de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) het eerste nanomedicijn goed: het chemotherapeutische middel doxorubicine verpakt in vetbolletjes. Maar zodra de bolletjes in het lichaam zitten, hebben we er geen controle meer over. Wetenschappers willen dat veranderen. De medicijnafgifte moet sneller en precies op het moment dat zij het willen.

Een team van Chinese en Ierse chemici vond een manier om de afgifte te sturen. Ze bouwden een slim nanobolletje dat reageert op de zuurgraad (pH) van de omgeving. De koerier laat zijn inhoud nu alleen vrij als hij in een specifiek orgaantje van de cel zit. Dat is een slimme aanpak, want op plekken waar tumoren groeien is de omgeving namelijk doorgaans wat zuurder. En ook in de cel zelf zitten orgaantjes met een zuur milieu.

Snellere afgifte

Nanobolletjes bestaan uit een dubbele laag vetachtige moleculen, genaamd fosfolipiden. Ze zijn geïnspireerd op het celmembraan, waarvan fosfolipiden het hoofdbestanddeel zijn. Als je fosfolipiden in water doet vormen ze vanzelf een bolletje, waarin je medicijnen kunt stoppen.

Het probleem zit in de opbouw van fosfolipiden. Deze bestaat uit twee delen: een waterminnende kop en een watervrezende staart die via een sterke binding tussen de atomen aan elkaar vastzitten. Het is die (covalente) binding die niet op of omkijkt van een zuur milieu.

Vetbolletjes worden opgenomen door de cel via blaasjes. Het bolletje barst open en de inhoud komt vrij uit het blaasje vlakbij de celkern. Dat is de plek waar het medicijn in het geval van kanker moet wezen.
Dali Wang, Chemical Science

Upgrade

Daarom zetten de wetenschappers van de Shanghai Jiao Tong University en University College Dublin een nieuw type fosfolipide in elkaar. In deze upgrade zijn de kop en staart aan elkaar geplakt met meerdere waterstofbruggen, bindingen die wél gevoelig zijn voor de pH. De letters van het DNA en RNA zijn via dezelfde waterstofbruggen met elkaar verbonden.

Het idee is het volgende: de kankercel slikt de bolletjes op en schermt ze vervolgens af van de rest van de cel door blaasjes (zie afbeelding). Binnenin die blaasjes is het zuur, omdat het orgaantje dient om overbodige moleculen af te breken en zuur helpt daarbij. Het bolletje ‘voelt’ de verandering in pH en barst open in het blaasje, waarna de inhoud vrijkomt. Dat zou het vrijkomen van de medicijnen flink versnellen.

Simpel en effectief

Het team vulde hun nieuwe deeltjes met doxorubicine en testte het op kankercellen in het lab. De slimme bolletjes bleken sneller door de cel te worden opgeslokt dan gewone nanobolletjes.

Daarnaast zagen ze dat er met de nieuwe strategie meer doxorubicine in de celkern belandt, de plek waar chemotherapie aangrijpt. Ook in muizen met kanker bleken de nieuwe bolletjes effectiever dan de gewone om tumoren te slinken.

Chemici poogden al langer om fosfolipiden te maken die reageren op de zuurgraad van hun omgeving. De meest gebruikte manier is om groepen die pH-gevoelig zijn te koppelen aan fosfolipiden. Maar erg goed werkt dat niet, bovendien zijn deze moleculen niet makkelijk te maken in het lab. Het aanbrengen van waterstofbruggen is eenvoudiger en de onderzoekers laten zien dat deze strategie meer perspectief biedt voor de kliniek.

Bron:

Dali Wang ea. ‘Supramolecularly engineered phospholipids constructed by nucleobase molecular recognition: upgraded generation of phospholipids for drug delivery’, Chemical Science. Online op 11 mei 2015. DOI: 10.1039/c5sc01188d

Reageer