Ontwikkeling van magnetische nanodeeltjes voor biomedische toepassingen

De doelstelling van dit project is het ontwerpen en synthetiseren van magnetische nano deeltjes met een biocompatibele coating waaraan therapeutische moleculen gebonden kunnen worden met een temperatuurgevoelige covalente binding. Door het aanbrengen van een extern alternerend magnetisch veld (AMF), zullen de nano deeltjes warmte genereren, wat resulteert in de breking van de temperatuurgevoelige bindingen. Dit zorgt dan voor het vrijkomen van de organische verbinding, en zo kan dit concept dus gebruikt worden voor geneesmiddelafgifte.

Magnetische ijzeroxide nano deeltjes (IONPs) zijn een van de meest veelbelovende innovaties in de biomedische sector. Door hun kleine afmetingen en grote oppervlakte-tot-volume verhouding beschikken ze over vele unieke eigenschappen. Daarnaast zijn IONPs relatief gemakkelijk en goedkoop om te synthetiseren, niet-toxisch, biocompatibel, chemisch stabiel en kunnen ze super-paramagnetisch gedrag vertonen. Enkele recent ontwikkelingen van IONPs in geneeskunde omvatten magnetische resonantie beeldvorming (MRI), hyperthermie behandeling en geneesmiddelafgifte. Wanneer super-paramagnetische nano deeltjes onder een AMF komen, genereren ze magnetische energie die zal vrijkomen als warmte, door Neel en/of Brown relaxatie. Een AMF kan dus gebruikt worden voor lokale opwarming bij hyperthermie behandelingen, of als stimulans voor het vrijkomen van therapeutische stoffen. Nano deeltjes kunnen aangepast worden om therapeutische en diagnostische toepassingen (theranostisch), of meerdere therapeutische toepassingen (hyperthermie en geneesmiddelafgifte) te combineren. In klinische test werd reeds aangetoond dat er een synergistisch effect in bij de combinatie van hyperthermie tezamen met chemotherapie.

Doelgerichte toediening kan bereikt worden door antikanker geneesmiddelen te koppelen aan IONPs en ze intraveneus te injecteren. Nano deeltjes accumuleren passief in de tumor door het ‘enhanced permeability and retention’ (EPR) effect. Naast deze passieve targeting van het EPR effect, kunnen er nog andere actieve targeting systemen gebruikt worden voor het verbeteren van de accumulatie van IONPs in de doellocaties. Magnetische targeting is mogelijk met IONPs door hun magnetische eigenschappen, en het gebruik van een extern magnetisch veld dicht bij de doellocatie. Een andere mogelijkheid is het functionaliseren van de nano deeltjes met targeting agents of antilichamen.

De geneesmiddelen zullen vrijkomen door het aanbrengen van een AMF. Maar het is uitdagend om geneesmiddelafgifte te controleren met standaard analytische technieken. Daarom zullen optische probes gebruikt worden in de eerste fase, zoals luminescente lanthaniden complexen en fluorescente kleurstoffen, voor het controleren van de breking van de temperatuurgevoelige bindingen. Zo kan een bewijs geleverd worden van dit concept. Dit zal ons ook toelaten om het afgifte mechanisme te kwantificeren voor elke temperatuurgevoelige binding. Wanneer we dan een optimale binding geïdentificeerd hebben, zullen therapeutische verbindingen gekoppeld worden aan de IONPs met dezelfde temperatuurgevoelige binding. Voorbeelden geneesmiddelen die we willen koppelen zijn doxorubicin voor anti-kanker therapie of ibuprofen voor behandeling van ontsteking. Maar deze strategie kan toegepast worden voor mogelijk vele andere therapeutische moleculen. Tenslotte zal de toxiciteit en het vermogen om specifiek te targeten van de IONPs getest worden door het uitvoeren van cel studies.