09 okt.2020 (Nanowerk-schijnwerperVolgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) is kanker wereldwijd de tweede belangrijkste doodsoorzaak, met naar schatting 9.6 miljoen sterfgevallen in 2018. Daarom is de ontwikkeling van nieuwe strategieën voor het bevorderen van kankertherapie en -diagnose nog steeds uiterst noodzakelijk om de kankertherapie en -diagnostiek te bevorderen. kankerziekten bestrijden. Nanotheranostiek is een opkomend vakgebied dat belooft nieuwe en innovatieve medische oplossingen te zullen bieden die tegemoet zullen komen aan onvervulde medische behoeften op het gebied van kankerbeheer en dat de volgende generatie kankerbeheersinstrumenten biedt die zowel therapie als diagnostiek in één systeem samenbrengen. Klinisch gezien beloven nanotheranostische benaderingen om kanker tegelijkertijd te diagnosticeren en te behandelen, om de antikankerrespons en de ziekteprogressie in realtime, op moleculair niveau, te volgen.

Op grafeen gebaseerde nanotechnologie

Het gebruik van op grafeen gebaseerde materialen in de farmaceutische nanotechnologie heeft recentelijk meer aandacht gekregen vanwege hun unieke chemische structuur en fysisch-chemische eigenschappen, waaronder een ultrahoog oppervlak, optische, thermische en elektrische geleidbaarheid en een goede biocompatibiliteit. Op grafeen gebaseerde materialen zijn samengesteld uit grafeen en grafeenoxide (GO) en/of grafeenderivaten. Grafeen is een enkele atoomdikke laag sp2 gehybridiseerde koolstofatomen gerangschikt in een tweedimensionaal (2D) rooster, terwijl GO zijn geoxideerde tegenhanger is. Bovendien is grafeen de basisbouwsteen van verschillende andere koolstofallotropen, waaronder grafiet, houtskool en koolstofnanobuisjes. GO-nanosheets zijn meestal hydrofiel en het oppervlak bevat reactieve groepen voor een verhoogde functionaliteit of voor het laden van medicijnen via covalente en niet-covalente interacties. Bovendien kunnen op grafeen gebaseerde nanomaterialen ook worden gefunctionaliseerd met diagnostische probes die fluorescerende en/of luminescerende eigenschappen hebben en zich kunnen richten op liganden zoals eiwitten, peptiden, nucleïnezuren, antilichamen, lipiden, koolhydraten en foliumzuur. In farmaceutische toepassingen hebben op grafeen gebaseerde nanomaterialen veel potentieel voor het verbeteren van de circulatietijden van geneesmiddelen, in systemen voor doelmedicijnen en genafgifte, om te fungeren als therapeutische middelen en diagnostische hulpmiddelen, evenals nanotheranostische middelen die zowel diagnostische als therapeutische benaderingen combineren in een enkel systeem.

Op grafeen gebaseerde nanotheranostiek

Op grafeen gebaseerde nanomaterialen hebben een goede biocompatibiliteit (indien gefunctionaliseerd), biologische afbreekbaarheid en multifunctionaliteiten, waardoor ze geschikte kandidaten zijn voor nanotheranostiek bij kanker. Ze kunnen ook grote hoeveelheden medicijnmoleculen aan beide zijden van de laag met één atoomlaag laden. In een medicijnafgiftesysteem hebben op grafeen gebaseerde nanomaterialen het vermogen getoond om verschillende therapeutische middelen te dragen en af ​​te leveren, zoals kleine medicijnmoleculen, genen en deoxyribonucleïnezuur (DNA). In een recente studie hebben Pei en collega's met succes een met twee medicijnen geladen gepegyleerd nanografeenoxide ontwikkeld om gemengde antikankermedicijnen, cisplatine (PT) en doxorubicine (DOX) in één systeem af te leveren om de antikankeractiviteit te verbeteren. In een soortgelijk onderzoek door dr. Andrea Lucherelli en collega's rapporteerden ze dat ze ook met succes een multifunctioneel op grafeen gebaseerd nanomateriaal hadden ontwikkeld, gefunctionaliseerd met doxorubicine, indocyaninegroen en foliumzuur. De voorgestelde multifunctionele op grafeen gebaseerde nanomaterialen verbeterden de antikankeractiviteit via een multifunctionele aanpak. Het voordeel van het gebruik van gefunctionaliseerde op grafeen gebaseerde nanomaterialen met foliumzuur – een doelgericht middel – was het verbeteren van de afgifte van antikanker (dat wil zeggen DOX) aan de beoogde kankercellen of aan de plek waar dit het meest effectief zal zijn, in dit geval in de kern. In een klinische setting kunnen gerichte systeembenaderingen voor medicijnafgifte de frequentie van medicijntoediening aan de patiënt verminderen, het aantal systemische nadelige bijwerkingen verminderen en de werkzaamheid van medicijnen verbeteren. Bovendien zal het leiden tot minder medicijnen, lagere kosten, betere medicatie en uiteindelijk een betere therapietrouw van de patiënt. Het voordeel van het gebruik van gefunctionaliseerde op grafeen gebaseerde nanomaterialen met indocyaninegroen – een fluorescerende sonde – is het volgen van de cellulaire opname en/of internalisatie van het antikankermedicijn in de beoogde kankercellen. In een in-vivo en/of klinische omgeving kunnen gefunctionaliseerde op grafeen gebaseerde nanomaterialen met een fluorescerende sonde of beeldvormend middel helpen bij het monitoren van de kankerbehandeling en het uitvoeren van diagnostiek in realtime – met slechts de toediening van een systeem uit één stuk .

Op licht gebaseerde kankertherapie

Een andere opwindende toepassing voor op grafeen gebaseerde nanomaterialen ligt op het gebied van op licht gebaseerde therapie. Op licht gebaseerde therapie, of fototherapie zoals fotothermische therapie (PTT) en fotodynamische therapie (PDT), kan een verscheidenheid aan ziekten, waaronder kanker, behandelen door gebruik te maken van specifieke lichtbestraling. Vanwege de fysisch-chemische eigenschappen van optische absorptie in het nabij-infraroodlichtgebied gebruiken onderzoekers op grafeen gebaseerde nanomaterialen als fotothermisch middel tegen kanker. Het antikankermechanisme van op grafeen gebaseerde nanomaterialen omvat het induceren van thermische en oxidatieve spanningen in de kankercellen en/of tumorweefsels. PTT-procedures maken gebruik van een optisch absorberend middel om onder lichtbestraling warmte te genereren om het kankerweefsel en/of de kankercellen te vernietigen. PDT-procedures vereisen een fotosensibilisator en een lichtbron op specifieke golflengten, wat leidt tot de inductie van cytotoxische reactieve zuurstofsoorten (ROS) die resulteren in onomkeerbare schade aan de kankercellen en/of tumorweefsel. Vanwege hun optische eigenschappen kunnen op grafeen gebaseerde nanomaterialen worden gebruikt als kankertheranostisch middel, waarbij zowel fototherapie als beeldvormingsmodaliteiten in één systeem worden gecombineerd, om de distributie van therapeutische middelen te monitoren en voor bio-imaging van de groei van tumorweefsel in realtime. De volgende generatie kankernanotheranostica die gebruik maken van op grafeen gebaseerde nanomaterialen zou de vele uitdagingen kunnen aanpakken die gepaard gaan met traditionele chemotherapeutische middelen, zoals de problemen rond slechte oplosbaarheid, schadelijke bijwerkingen, niet-specifieke medicijndistributie en resistentie tegen meerdere geneesmiddelen (MDR). Daarnaast zal het ook een effectief multifunctioneel biomedisch systeem bieden, een 5-in-1-systeem dat zal bestaan ​​uit dubbele medicijntoediening, een gecombineerde twee-chemotherapie-aanpak (bijv. PT en DOX), fototherapie (PTT of PDT), een diagnostische of beeldvormend middel (bijvoorbeeld fluorescerende of luminescerende sonde) en een nanomateriaal dat een goede biocompatibiliteit heeft, alles in één systeem.

Referenties

1. Wereldgezondheidsorganisatie (WHO). (2018), Gezondheidsonderwerpen: Kanker 2. Katuwavila, NP, Amarasekara, Y., Jayaweera, V., Rajaphaksha, C., Gunasekara, C., Perera, IC, Amaratunga, GAJ, Weerasinghe, L. (2020). Op grafeenoxide gebaseerd nanocomposiet voor langdurige afgifte van Cephalexin. Journal of Pharmaceutical Sciences 109: 1130-1135. doi.org/10.1016/j.xphs.2019.09.022. 3. Pei, X., Zhu, Z., Gan, Z., Chen, J., Zhang, X., Cheng, X., Wan, Q., Wang, J. (2020). Gepegyleerd nanografeenoxide als nanodrager voor het afleveren van gemengde geneesmiddelen tegen kanker om de antikankeractiviteit te verbeteren. Wetenschappelijke rapporten 10:2717. doi.org/10.1038/s41598-020-59624-w 1 4. Lucherelli, MA, Yu, J., Reina, G., Abellan, G., Miyako, E., Bianco, A. (2020). Rationele chemische multifunctionalisatie van de grafeeninterface verbetert gerichte kankertherapie. Angewandte Chemie International Edition . doi.10.1002/anie.201916112 5. Kalluru, P., Vankayala, R., Chiang, CS, en Hwang, KC (2016). Nano-grafeenoxide-gemedieerde in vivo fluorescentiebeeldvorming en bimodale fotodynamische en fotothermische vernietiging van tumoren. biomaterialen 95, 1–10. doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.04.006 6. Gazzi, A., Fusco, L., Khan, A., Bedognetti, D., Zavan, B., Vitale, F., Yilmazer, A., Delogu, LG. (2019) Fotodynamische therapie op basis van grafeen en mxeen in de kankertherapie. Grenzen in bio-engineering en biotechnologie 7, 00295. doi.org/10.3389/fbioe.2019.00295. Door dr. Steven Mufamadi en Liam Critchley Dr. Steven Mufamadi is de oprichter van Nabio Consulting (Pty) Ltd. Hij heeft een doctoraat in de farmacie van de Universiteit van de Witwatersrand, Johannesburg, Zuid-Afrika. Dr. Mufamadi heeft een opleiding gevolgd in farmaceutische nanotechnologie bij Novartis Pharma in Bazel, Zwitserland. Hij is ook lid van de commissie voor nanotechnologieën van het South African Bureau of Standards (SABS) en van de Expert Technical Committee voor werkgroep 5 van ISO/TC 229 over nanotechnologieën. Liam Critchley is een schrijver en journalist die gespecialiseerd is in scheikunde en nanotechnologie. Hij heeft een MChem Chemistry with Nanotechnology behaald aan de Universiteit van Hull, Verenigd Koninkrijk en een MSc in Chemical Engineering aan de Universiteit van Birmingham, Verenigd Koninkrijk. Liam is ook lid van de adviesraad van de National Graphene Association (NGA) en Nanotechnology World Association (NWA), evenals lid van de Trustee Board van de Britse wetenschapsliefdadigheidsinstelling GlamSci.

Bron: https://feeds.nanowerk.com/~/636608942/0/nanowerknanotechnologyspotlight~Graphenebased-nanomaterials-for-the-next-generation-cancer-theranostics.php