Eindhovens tekniska universitet Professor Jan C.M. van Hest har meddelat ett genombrott inom icke-invasiv cancerbehandling. Hans Institute for Complex Molecular Systems samarbetade med flera kinesiska forskningsinstitutioner för att testa en nanoteknik som tar itu med nackdelarna med fotodynamisk terapi, en framväxande cancerbehandling. En artikel som beskriver det framgångsrika testet av metodiken publicerades nyligen i tidskriften ACS Nano .

Fotodynamisk terapi (PDT) är en giftfri, icke-kirurgisk cancerbehandling som ökar i flera länder, framför allt i USA och Kina. En patient injiceras med en förening som kallas fotosensibilisator, som reagerar på ljus. När fotosensibilisatorn är nära tumörceller, den aktiveras av en laser. Reaktionen skapar singlett syre, som förstör närliggande celler. Genom att rikta in lasern och fotosensibilisatorn kan de förstöra tumörceller. PDT aktiverar också indirekt immunförsvaret, som då angriper cancern också.

En game changer för tumörer nära huden

PDT har potentialen att vara en spelväxlare för behandling av bröstcancer, prostatacancer, lymfom och andra tumörer tillräckligt nära huden för att lasern ska nå. Det har inte biverkningarna av kemo eller riskerna med operation. För att fungera bra, dock, tre problem måste lösas. Först, fotosensibilisatorn måste riktas för att ackumuleras runt tumören. Andra, reaktionen behöver syremolekyler för att skapa singletsyre, och tumörer skapar miljöer med låg syrehalt. Tredje, tumörer har ett defensivt ämne som bryter ner singletsyre.

Professor van Hests team av biomedicinska ingenjörer designade en enda nanopartikel som kunde lösa alla tre problemen. Den är belagd med polymerer som utlöses av tumörens sura miljö för att fästa sig vid tumören. Polymererna hålls samman av fotosensibilisatorn, fungerar som både container- och nyckellast. En katalas som bärs av partikeln bryter ner väteperoxid från tumören för att producera ett överflöd av syre. Under tiden, en annan förening i partikeln bryter ner det defensiva ämnet och, som en trevlig bieffekt, frigör mangan som underlättar MR-avbildning.

"Det är en elegant lösning där varje del arbetar tillsammans för att inaktivera tumörens försvarsmekanismer, " säger professor van Hest. Komponenterna förstörs antingen i sin avsedda reaktion eller spolas lätt ur systemet. Bäst av allt, partiklarna skulle vara relativt lätta att masstillverka. Innan det kunde hända, dock, laget behövde testa sin teori.

Framgångsrika resultat, men ytterligare tester behövs

Professor van Hest, som är knuten till institutionerna för biomedicinsk teknik och kemiteknik och kemi, arbetat med Ph.D. student och China Scholarship Council-stipendiat Jianzhi Zhu för att övervaka ett team som inkluderade laborationer i TU/e ​​Bio-organic Chemistry Group, Donghua University och Fudan University. TU/e använder den här typen av internationellt samarbete för att ligga i framkant av forskningen. Leds i Kina av professor Xiangyang Shi från Donghua University, försöken visade att partikeln var effektiv för att lösa de tre problemen med PDT.

Teamet hoppas att de framgångsrika resultaten av deras försök kommer att leda till ytterligare testning av denna revolutionerande behandling. Innan det går in i mänskliga prövningar, det kommer att behöva testas i mer komplexa system för säkerhet och effektivitet. Sålänge, teamet undersöker en ljusdriven motorfunktion som skulle driva nanopartikeln djupare in i tumörerna, där det kan bli mer effektivt. Det är en spännande möjlighet, eftersom nanomedicin och nanomotorer alltför ofta låtsas som separata discipliner.

Med publiceringen av deras tidning i ACS Nano , teamet ser fram emot ytterligare genombrott i användningen av PDT och nanoteknik för att behandla cancer effektivt och säkert.