Verlichting door licht: dit kankermedicijn vormt zelf nanodeeltjes
Chemotherapie die niet schadelijk is voor het lichaam, maar wel effectief optreedt tegen kankercellen: dat is het doel van de onderzoeksgroep van chemicus Sylvestre Bonnet. Tijdens zijn promotieonderzoek bracht chemicus Xuequan Zhou dat doel een stukje dichterbij. Hij ontwikkelde moleculen die, eenmaal in het bloed, zelf nanodeeltjes vormen die ophopen in de tumor. Gerichte bestraling met zichtbaar licht pakt de tumor daarna grondig aan. Het onderzoek is nu gepubliceerd in Nature Chemistry.
‘Gewone antikanker-medicijnen maken vaak te weinig onderscheid tussen goede en slechte cellen’, legt Bonnet uit. ‘Ze doden ze allebei.’ Daar hebben de onderzoekers nu wat op bedacht: nanodeeltjes die hechten aan de tumor en pas actief worden onder invloed van zichtbaar licht. ‘Zo kunnen dokters een specifiek deel van het lichaam behandelen, zonder de rest te beschadigen. Deze vorm van therapie is al in verschillende ziekenhuizen in gebruik.’
‘Bij ons medicijn is labwerk niet meer nodig. Je kunt het direct toedienen.’
Moleculen veranderen vanzelf in nanodeeltjes
Tot nu toe moesten scheikundigen de chemokuurmedicijnen eerst in het lab aan nanodeeltjes verbinden. Artsen dienden ze daarna via een injectie toe in de bloedsomloop van de patiënt. De toegevoegde nanodeeltjes hielpen de chemokuur bij het vinden van de tumor. Het medicijn van Zhou werkt net even anders. ‘Bij mijn medicijn is dat labwerk niet meer nodig. Je kunt de moleculen direct toedienen. Eenmaal in het bloed, vormen zich dan vanzelf nanodeeltjes.’
En dat heeft een aantal voordelen, aldus Zhou. ‘Ten eerste scheelt het een hoop werk en voorbereidingstijd. Maar daarnaast is het ook veiliger en effectiever.’ Het maken van nanodeeltjes in het lab is gecompliceerd: er ontstaat altijd een mix van deeltjes met verschillende groottes en daardoor ook verschillende eigenschappen. Het is lastig om de samenstelling van die mix precies te bepalen. Je weet dus ook nooit 100% zeker hoe die deeltjes zich in je lichaam gaan gedragen.
Zhou: ‘Bij een molecuul is dat duidelijker: als je een aantal moleculen maakt, kun je aan de hand van analyse bepalen dat die puur zijn.’ Bonnet: ‘Als je deze moleculen vervolgens injecteert in het bloed, zijn de nanodeeltjes die ontstaan wel allemaal nagenoeg hetzelfde. Dat komt doordat het lichaam die moleculen allemaal op dezelfde manier verwerkt.’
Een medicijn dat alleen werkt met licht – hoe zit dat?
Xuequan’s molecuul is een zogenaamd palladiumcomplex: een molecuul met een metalen kern van palladium. Normaal gesproken is het palladiumatoom verbonden met 4 stikstofatomen, maar Zhou verving twee van die stikstofdeeltjes door koolstofatomen. Bij bestraling met groen licht krijgt het palladiumcomplex extra energie. Door die extra energie draagt het complex elektronen over aan de zuurstofmoleculen (O2) die al aanwezig zijn in de bestraalde cellen. Hierdoor ontstaat een reactieve zuurstofsoort die vervolgens kankercellen doodt.
Weer een stap richting effectieve therapie
In 2020 maakte Zhou ook al een kankermedicijn dat zelf nanodeeltjes kan vormen. ‘Dit nieuwe molecuul is echter weer een hele stap verder’, vertelt hij. ‘Door de binding van niet één maar twee koolstofatomen (zie kader), werkt dit medicijn nu onder groen licht, in plaats van blauw.’ Groen licht kan beter doordringen in lichaamsweefsel en is daardoor veel bruikbaarder voor therapie. ‘Ons uiteindelijke doel is een medicijn dat werkt onder infrarood licht,’ vertelt Bonnet. ‘Dat licht kan namelijk nog dieper doordringen. Daar zouden we dus ook grote tumoren diep in het lichaam mee kunnen bestrijden.’
Overleven onder complexe omstandigheden
Ook had dit tweede onderzoek een meer klinische benadering. Bij het eerste onderzoek injecteerden Zhou en zijn collega's het medicijn direct in de tumor. ‘Dit keer gingen we een stapje verder en keken we in muismodellen of het medicijn ook werkt als je het in de bloedbaan injecteert’, vertelt hij. ‘Dat is namelijk ook hoe het straks in het ziekenhuis zal gaan. De nanodeeltjes van het medicijn moeten natuurlijk wel de complexe omstandigheden in het lichaam kunnen overleven. En dat was gelukkig het geval!’
'10 van de 100 deeltjes bereikt eindbestemming’
Het molecuul van Zhou blijkt zeer effectief. ‘Tien procent van het toegediende medicijn bereikt ook daadwerkelijk de tumor’, vertelt Bonnet. ‘Van elke 100 moleculen die we toedienen, komen er 10 aan op bestemming. Voor andere nanomedicijnen ligt dat percentage veel lager. Uit een studie van een aantal jaar geleden bleek dat dat gemiddeld maar 0.7% is.’
‘We weten dat het effectief is. Verder onderzoek zal uitwijzen waarom.’
‘Wij weten ook nog niet precies hoe het werkt’
Hoe kan dat nou precies? Moleculen die uit zichzelf nanodeeltjes vormen? ‘Dat weten we zelf ook niet precies’, geeft Bonnet toe. ‘Xuequan heeft wel ontdekt dat de eiwitten in het bloed daar waarschijnlijk een rol in spelen. Als die eiwitten ontbreken, blijven de nanodeeltjes groeien en worden zo groot dat ze uiteindelijk niet meer goed oplossen. Het lijkt er dus op dat de eiwitten de groei van de nanodeeltjes beperken, maar we kunnen het nog niet precies zeggen. We weten dat het effectief is. Dat is het belangrijkste. Maar waarom het nu precies zo goed werkt? Dat zal verder onderzoek moeten uitwijzen.’
Wetenschappelijke paper
Mede mogelijk gemaakt door de universiteit in Dalian
Het molecuul is ontwikkeld en bestudeerd is Leiden, maar de publicatie van dit onderzoek was niet mogelijk geweest zonder de hulp van de Chinese collega's van de Dalian University of Technology. Bonnet: ‘Hun rol bij het verwerken van de feedback van de reviewers was enorm belangrijk. Toen Zhou zijn promotie had afgerond en elders ging werken, hebben zij mij enorm geholpen. Zonder die inzet hadden we deze paper nooit kunnen publiceren. Professor Wen Sun heeft het in vivo deel van het onderzoek uitgevoerd.’
De China Scholarship Council
Zhou werkte in Leiden via een beurs van de China Scholarship Council (CSC). De CSC verstrekt beurzen aan excellente Chinese masterstudenten, pas afgestudeerden en jonge (academische) professionals die voltijds willen promoveren aan de Universiteit Leiden.