Nieuw aan de nanodeeltjes is dat zij het mogelijk maken radio- en fotodynamische therapie te combineren terwijl alleen röntgenstralen worden gebruikt. Ook kunnen ze helpen diepgelegen tumorweefsel te lokaliseren. Hierdoor kan een beeld-gestuurde gecombineerde therapie uitgevoerd worden.

Gecombineerde therapie

Bij fotodynamische therapie gebruikt men zichtbaar licht om zuurstofradicalen vrij te maken die kankercellen kunnen vernietigen. Daarbij worden andere delen van de kankercel bestreden dan bij conventionele radiotherapie met röntgenstralen. De combinatie van beide therapieën leidt tot een effectievere bestrijding van de tumor en vermindert vaak de vereiste dosis röntgenstraling. Maar omdat fotodynamische therapie wordt geactiveerd door licht, is het moeilijk om kankerweefsel te behandelen dat zich diep in het lichaam bevindt. Daarvoor is een invasieve procedure nodig met behulp van een optische vezel. Bij röntgenstralen speelt dit niet, die dringen gemakkelijk het lichaam binnen en zijn ook op dieper gelegen tumoren te richten.

De UvA-onderzoekers ontwierpen daarom nanodeeltjes die onder invloed van röntgenstraling zichtbaar licht kunnen uitzenden. Daarmee wordt het in principe mogelijk om bij diep in het lichaam gelegen tumoren fotodynamische therapie te combineren met reguliere bestraling, zonder dat daar invasieve ingrepen voor nodig zijn. De deeltjes zijn ontwikkeld tijdens het promotieonderzoek van dr. Yansong Feng, onder supervisie van prof. Hong Zhang bij de onderzoeksgroep Molecular Photonics van de UvA.

Beeldgestuurd richten van de therapie

Het nanodeeltje bestaat uit een kern met twee buitenlagen. De buitenste laag is in staat tot scintillatie - een proces dat röntgenstraling omzet in zichtbaar licht. Zo wordt fotodynamische therapie mogelijk op elke plaats die met bestralingstherapie bereikbaar is. De tweede laag is een bufferlaag die de scintillatielaag energetisch isoleert van de kern. Die kern kreeg van de onderzoekers een andere belangrijke eigenschap die relevant is voor de toepassing. Het gaat hier om 'opgeconverteerde luminescentie', wat betekent dat de kern de golflengte van licht kan veranderen. De onderzoekers stelden de opconversie zo af dat het nanodeeltje zichtbaar rood licht uitstraalt bij verlichting met infraroodstraling of röntgenstraling. Dit maakt beeldgestuurde therapie mogelijk: bij belichting met infrarood licht, dat een relatief grote indringdiepte heeft, lichten de deeltjes sterk rood op en geven zo de plaats van de tumor aan. Ook tijdens de bestraling met röntgenstraling blijft de kern rood licht uitstralen, zij het met een lagere intensiteit. Het uitgezonden rode licht interfereert niet met de fotodynamische therapie.

Positieve preklinische evaluatie

Om het werkingsprincipe van de nanodeeltjes aan te tonen voerden de onderzoekers kankerstudies uit met celculturen (in vitro) en muizen (in vivo, zie de grafiek links). Dit leverde een duidelijke indicatie op van de veiligheid en het therapeutisch potentieel van de deeltjes.

In samenwerking met Innovation Exchange Amsterdam (IXA, het technologie transfer bureau van de universiteit) zijn de onderzoekers nu op zoek naar licentienemers en/of partners om deze nieuwe benadering verder te ontwikkelen tot een commercieel levensvatbare toepassing. Naast de voltooiing van het preklinische onderzoek vereist dit het uitvoeren van klinische studies om de veiligheid van de nanodeeltjes vast te stellen, hun gebruiksgemak, hun effect op tumoren, en de algehele therapeutische doelmatigheid van hun toepassing.

Meer informatie

Yansong Feng, Xiaomeng Liu, Qiqing Li, Shilin Mei, Kefan Wu, Jun Yuan, Langping Tu, Ivo Que, Filippo Tamburini, Fabio Baldazzi, Alan Chan, Luis J. Cruz, Jing Zuo, Changjiang Yao and Hong Zhang: Scintillating Nanoplatform with Upconversion Function for Synergy of Radiation and Photodynamic Therapies of Deep Tumor Journal of Materials Chemistry C 10 (2022) 688-695. DOI: 10.1039\D1TC04930E

Y. Feng: Upconversion nanoparticles and application in precision medicine Proefschrift, Universiteit van Amsterdam, 22 April 2020. Beschikbaar bij de UvA Academic Repository

Europese patentaanvraag: Nanoparticle with a buffer layer

Website Innovation Exchange Amsterdam