10 nov 2020 (Nanowerk-schijnwerperKankerstamcellen (CSC's), ook wel tumor-initiërende cellen genoemd, zijn ongrijpbare en zeldzame cellen die ervoor kunnen zorgen dat kanker terugkomt, zelfs jaren nadat de initiële tumor met succes is behandeld. Hoewel CSC's slechts een klein deel van de cellen in een tumor vertegenwoordigen, is er maar één nodig om een nieuwe tumor te zaaien wanneer deze zich splitst in een kankercel en een andere stamcel. Omdat ze weerstand bieden aan conventionele chemotherapiemedicijnen, zijn CSC's heel moeilijk te doden en ze worden beschouwd als de belangrijkste aanjagers van metastasen, de verspreiding van kanker via de bloedbaan. De onderliggende oorzaak hiervoor is een proces dat bekend staat als mesenchymale-naar-epitheliale transitie (MET), waarbij CSC's differentiëren en reguliere kankercellen worden. Omgekeerd kunnen kankercellen ook stamceleigenschappen verkrijgen om agressiever te worden door een epitheliale naar mesenchymale transitie (EMT) te ondergaan. Onderzoekers hebben de hypothese geopperd dat therapeutische middelen die differentiatie bevorderen het optreden van EMT en daarmee de verwerving van stamceleigenschappen door kankercellen zouden kunnen beperken. Als de frequentie van CSC’s zou kunnen worden verminderd, zouden tumoren minder agressief worden en beter reageren op conventionele therapie. Deze aanpak staat bekend als differentiatietherapie en heeft een aanzienlijk therapeutisch potentieel. "Differentiatietherapie presenteert een potentiële strategie voor het 'defangeren' van CSC's," Vincent Rotello, vertelt de Charles A. Goessmann hoogleraar scheikunde en een University Distinguished Professor aan de Universiteit van Massachusetts in Amherst aan Nanowerk. “Concreet biedt het gebruik van nanodeeltjes om CSC’s te differentiëren een nieuwe therapeutische strategie tegen deze bijzonder gevaarlijke kankercellen.” De cruciale kwestie is uiteraard het vinden van de nanodeeltjes die effectief zijn als differentiërende middelen. In een recent artikel in ACS Nano (“Differentiatie van kankerstamcellen door middel van nanodeeltjesoppervlaktetechniek”), Rapporteren Rotello en zijn groep het geïntegreerde gebruik van nanodeeltjestechniek en hypothesevrije detectie om nanodeeltjes te identificeren die in staat zijn tot efficiënte differentiatie van CSC's in niet-CSC-fenotypes. "Beperkingen op het gebied van screening en platformontwerp hebben de verkenning van op nanomateriaal gebaseerde CSC-differentiatie belemmerd, en als zodanig is er een duidelijke behoefte aan methoden die meer controle hebben over de chemische diversiteit en tegelijkertijd de doorvoer kunnen vergroten", zegt Rotello. De nieuwe aanpak van het team maakt gebruik van het precieze niveau van structurele controle dat wordt geboden door gouden nanodeeltjes om systematisch de effecten van oppervlaktechemie van nanodeeltjes op CSC-differentiatie te onderzoeken. Door de gouden nanodeeltjes te koppelen aan een hypothesevrij, array-gebaseerd nanosensorplatform, is binnen enkele minuten toegang mogelijk tot het resulterende celfenotype – een functie die zeer wenselijk is voor screening met hoge doorvoer en hoge inhoud.
Schematische illustratie van de integratie van nanodeeltjesontwerp en hypothesevrije detectie. De chemische structuur van de gouden nanodeeltjes (AuNP's) met een kerndiameter van 2 nm die worden gebruikt om CSC's te stimuleren, wordt links weergegeven. Na AuNP-behandeling werden cellen gewassen en geïncubeerd met de nanosensor om snel fenotypische informatie te verzamelen. Een niet-gerapporteerd fenotype dat via het detectiescherm werd geïdentificeerd, werd verder onderworpen aan een medicamenteuze behandeling om te zien of het gevoeliger was voor chemotherapie. (Aangenomen en herdrukt met toestemming van American Chemical Society) (klik op afbeelding om te vergroten) “Onze array-gebaseerde detectie maakt gebruik van een op handtekeningen gebaseerde methode om een volledige matrix van bioanalyten te profileren, waardoor op effectieve wijze het knelpunt van receptorspecificiteit wordt omzeild, zoals aangetoond door discriminatie van CSC's van niet-CSC's”, benadrukt Rotello. “Met ons platform hebben we met succes een veranderd, niet-gerapporteerd fenotype geïdentificeerd dat gevoeliger is voor traditionele chemotherapeutische behandelingen. De resulterende cellen vertoonden een verhoogd niveau van reactieve zuurstofsoorten, die verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor het sensibiliseren van CSC’s voor medicamenteuze behandeling.” “Het nanodeeltje dat in onze studie wordt gebruikt, biedt een aanknopingspunt voor het ontwerpen van effectievere CSC-gerichte therapieën”, besluit hij. "De mechanistische studies die het onderzoek ondersteunen, bieden ook nieuw inzicht in mechanismen die toegankelijk zijn om CSC's te targeten." Er zullen uitdagingen zijn bij het overbrengen van deze resultaten van celstudies naar dieren. De gebruikte nanodeeltjes beschikken echter over uitstekende eigenschappen in vivo gebruik. In de toekomst ontwikkelen de onderzoekers momenteel nieuwe, efficiëntere nanodeeltjes en zullen deze binnenkort in diermodellen testen. Ze zetten ook hun fundamentele onderzoek naar de mechanismen van CSC-differentiatie voort.
By Michael
Berger
-
Michael is auteur van drie boeken van de Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: de grenzen van technologie verleggen,
Nanotechnologie: de toekomst is klein en
Nanoengineering: de vaardigheden en tools die technologie onzichtbaar maken
Copyright ©
Nanowerk
