KAIST is een onderzoeksuniversiteit met onder meer een afdeling voor chemische en biomoleculaire technologie. Een team onder leiding van hoogleraar Yeu-Chun Kim heeft daar spiraalvormige nanodeeltjes ontwikkeld die twee functies combineren: ze brengen kankercellen ertoe alarmsignalen af te geven aan het immuunsysteem en vervoeren tegelijk genetische therapie naar die cellen. In muismodellen van melanoom en darmkanker onderdrukte de aanpak de tumorgroei met ongeveer 70 tot 80 procent. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Biomaterials.
- De spiraalvormige nanodeeltjes veroorzaken ernstige stress in kankercellen en kunnen daardoor immunogene celdood opwekken.
- De deeltjes brachten zowel mRNA als siRNA naar het cytoplasma van cellen.
- Bij muizen met melanoom en darmkanker nam ook het aantal cytotoxische T-cellen in de tumor toe.
De spiraalvorm bepaalt hoe de deeltjes cellen binnendringen
Kankercellen kunnen aan de controle van het immuunsysteem ontsnappen. Immunotherapie probeert die afweer opnieuw tegen de tumor te richten, terwijl gentherapie genetisch materiaal inzet om processen in een cel te beïnvloeden. De nieuwe nanodeeltjes zijn ontworpen om beide benaderingen in één platform samen te brengen.
Volgens de onderzoekers is niet alleen de chemische samenstelling belangrijk. Uit vergelijkingen tussen verschillende deeltjes bleek dat vooral de opgerolde, spiraalvormige structuur bepalend was voor hun werking.
Het team combineerde die vorm met een positief geladen quaternaire amine, een chemische structuur die zich gemakkelijk aan celmembranen bindt. Daardoor konden de deeltjes volgens de studie als een schroef door het membraan dringen. Deeltjes met dezelfde chemische bestanddelen, maar zonder spiraalvorm, kwamen nauwelijks de cellen binnen en lokten geen afweerreactie uit.
De vergelijking wijst erop dat bij medische nanodeeltjes ook hun fysieke vorm een actieve therapeutische rol kan spelen, in plaats van alleen het vervoer van een geneesmiddel mogelijk te maken.
Gestreste kankercellen maken zichzelf zichtbaar
De nanodeeltjes drongen bij voorkeur kankercellen binnen, waarvan de celmembranen andere elektrische eigenschappen hebben dan die van normale cellen. Eenmaal binnen beschadigden ze membranen van mitochondriën, de onderdelen die energie voor de cel produceren, en van andere celorganellen.
Die verstoring veroorzaakte zware stress. Stervende kankercellen gaven vervolgens zogeheten damage-associated molecular patterns, of DAMPs, af. Zulke moleculaire noodsignalen kunnen immuuncellen duidelijk maken dat zich beschadigde of gevaarlijke cellen in hun omgeving bevinden. Dit proces heet immunogene celdood.
In feite dwingen de nanodeeltjes de voor het afweersysteem verborgen kankercel om zelf haar aanwezigheid kenbaar te maken.
Dezelfde deeltjes bezorgen RNA op zijn bestemming
Naast het opwekken van die alarmsignalen fungeerden de nanodeeltjes als vervoermiddel voor mRNA en siRNA. mRNA bevat genetische informatie voor de aanmaak van eiwitten; siRNA kan juist de activiteit van specifieke genen onderdrukken. Beide soorten RNA zijn doorgaans moeilijk intact in het cytoplasma van een cel te krijgen.
Om genetisch materiaal stevig te binden, voegden de onderzoekers in een geoptimaliseerde verhouding guanidinium toe. Daardoor bleven de deeltjes volgens het onderzoek stabiel in de bloedbaan en konden ze hun genetische lading effectief afleveren.
Muizenstudie geeft nog geen bewijs voor werking bij mensen
Voor de dierproeven werden de nanodeeltjes geladen met siRNA dat was gericht tegen PD-L1, een eiwit waarmee tumorcellen aan de afweer kunnen ontsnappen. Bij muizen met melanoom en darmkanker werd de tumorgroei met circa 70 tot 80 procent onderdrukt. In de tumoren werden bovendien duidelijk meer cytotoxische T-cellen aangetroffen, afweercellen die kankercellen rechtstreeks aanvallen.
Dat resultaat ondersteunt binnen deze muismodellen het idee dat één nanodeeltje zowel een lokale afweerreactie kan stimuleren als genetische therapie kan afleveren. Omdat de bron alleen onderzoek bij muizen beschrijft, kan hieruit echter niet worden geconcludeerd dat de methode ook veilig of werkzaam is bij mensen. Het gaat om een experimenteel platform, niet om een beschikbare kankerbehandeling.
Kim verwacht dat het concept kan bijdragen aan behandelingen waarin immunotherapie en gentherapie worden gecombineerd. Eerste auteur Susam Lee ziet de spiraalvorm als een mogelijk uitgangspunt voor het ontwerp van nieuwe nanomaterialen voor kankerimmunotherapie. De publicatie van Susam Lee en collega’s verscheen in Biomaterials met DOI 10.1016/j.biomaterials.2026.124337.
Welke bewijzen zouden volgens u nodig zijn voordat zulke multifunctionele nanodeeltjes bij mensen kunnen worden onderzocht?
