Nanomedicijnen bieden heel veel voordelen in vergelijking met conventionele medicijnen, zoals het gericht kunnen behandelen van kankergezwellen zonder de omliggende gezonde cellen te beschadigen. Maar zelfs op kleine schaal wachten nog heel wat grote uitdagingen.
Minder efficiënt dan je denkt
Conventionele geneesmiddelen worden geplaagd door een aspecifieke verdeling in het lichaam en vele bijwerkingen. Neem bijvoorbeeld chemotherapeutica die gebruikt worden om kanker te bestrijden. Chemotherapeutica kennen eigenlijk het verschil niet tussen een gezonde en een zieke cel, waardoor ze het hele lichaam aanvallen en niet enkel het kankergezwel. Dit geeft aanleiding tot heel wat schadelijke bijwerkingen waarvan haaruitval een bekend voorbeeld is. Haarcellen zijn - net als kankercellen - snel delende cellen, en dat maakt ze gemakkelijke slachtoffers voor de chemotherapeutica. Kort gesteld zijn deze kankermedicijnen eigenlijk ongeleide projectielen, en dat is absoluut niet wenselijk in een delicate kankerbehandeling.
Een farmaceutische wish list
Stel je voor dat je een nieuw medicijn wilt uitvinden. Wat zijn dan zoal de eigenschappen waar je wil dat het aan voldoet? Zoals hierboven aangehaald, wil je wellicht heel graag dat je medicijn specifiek werkt. Maar je wil ook graag dat je medicijn goed oplosbaar is in een biologische omgeving, anders kan het zich maar heel moeilijk in het lichaam verspreiden. Tegelijkertijd wil je ook dat het medicijn lang genoeg in het bloed kan rondzwerven, want het duurt best een tijdje voor het in de buurt van die zieke cellen komt. Helaas heeft het lichaam bepaalde systemen, zoals fagocyten, die dienen om schadelijke stoffen op te ruimen. Soms worden medicijnen ten onrechte herkend als zo’n stof en worden ze vroegtijdig opgeruimd, voor ze ook maar enig effect hebben.
Een nanometer is één duizendste van een micrometer, wat op zijn beurt één duizendste is van een millimeter - heel erg klein dus
Het liefst van al wil je dus dat jouw medicijn deze fagocyten op een of andere manier kan ontlopen. Zo gaat het lijstje verder: je wil dat je medicijn niet giftig is, snel in actie kan treden, moeilijke bereikbare plekken kan bereiken, enzovoort. Doorheen de jaren hebben al deze wensen aanleiding gegeven tot het herdenken van het ontwerp van deze geneesmiddelen en zijn wetenschappers tot een nieuw concept gekomen: nanomedicijnen.
Klein maar fijn
Een nanometer is één duizendste van een micrometer, wat op zijn beurt één duizendste is van een millimeter - heel erg klein dus. Nanomedicijnen zijn medicijnen die gefabriceerd worden op deze minuscule schaal (1 – 100 nm). Het voordeel van deze medicijnen is dat ze aan heel wat items van de wish list voldoen: moeilijk bereikbare plekken in het lichaam bereiken, goed oplosbaar zijn, stabiel zijn, etc. Maar het meest interessante aspect is misschien wel dat nanomedicijnen van een gelijkaardige grootte zijn als belangrijke biomoleculen in het lichaam, zoals antilichamen en receptoren. En dat maakt het mogelijk om het probleem van de aspecifieke verdeling aan te pakken.
Gerichte aflevering
Het is de droom van elke dokter: om een medicijn rechtstreeks naar het kankergezwel – of een ander doelwit – te kunnen sturen, zonder dat daarbij in de buurt liggende gezonde organen ook beschadigd worden. Dit concept heet targeting, en ondanks dat er zowel passive als active targeting bestaat, wordt hier vooral de focus gelegd op dat laatste. Bij active targeting wordt een gepaste molecule aan het oppervlak van het nanomedicijn vastgehecht. Die molecule wordt zo uitgekozen dat die enkel kan binden met receptoren op het kankergezwel, en niet met de receptoren op een gezonde cel. Receptoren zijn net als toegangspoortjes: als de juiste sleutel eraan gebonden wordt, gaat het poortje open en kan het medicijn binnentreden.
Nanomaterialen mogen niet schadelijk zijn voor het menselijke lichaam
Door de sleutel (de molecule) en het slot (de receptor) goed op elkaar af te stemmen, kunnen de nanomedicijnen enkel binnentreden in het kankergezwel. Bij het gezonde weefsel zal de sleutel niet op het slot passen en zal het nanomedicijn niet in werking treden. Hiermee hebben we eindelijk iets gevonden om aan onze nanomedicijnen duidelijk te maken wat het verschil is tussen een zieke en een gezonde cel.
Het einde is nog niet in zicht
Een nanomedicijn kan gezien worden als een multifunctioneel complex. Buiten de specifieke moleculen voor active targeting kunnen ook andere zaken in het complex geïntegreerd worden. Zo kan het oppervlak voorzien worden van een extra coating die de nanomedicijnen ‘onzichtbaar’ maakt voor de fagocyten, waardoor ze langer in de bloedbaan kunnen rondreizen. Bovendien kunnen er ook kleine kristallen (quantom dots) aan het complex toegevoegd worden die fluorescente eigenschappen bezitten. Deze maken het mogelijk om de verdeling van de nanomedicijnen in het lichaam te visualiseren, wat de dokter in staat stelt om te controleren of de medicijnen wel degelijk hun doelwit bereiken. Het is net het feit dat één minuscuul medicijn zoveel functies kan bezitten dat nanomedicijnen zo interessant maakt.
Grote uitdagingen op nanoschaal
Een van de grootste uitdagingen van werken op nanoschaal is biocompatibiliteit. Dat houdt in dat de nanomaterialen niet schadelijk mogen zijn voor het menselijke lichaam. Andere mogelijke problemen zijn dat er voor het identificeren van die specifieke moleculen voor active targeting heel veel wetenschappelijk onderzoek nodig is, en dat die moleculen afhangen van ziekte tot ziekte en misschien zelfs van patiënt tot patiënt. Logischerwijze is er ook een gigantische kost verbonden met het bedenken en fabriceren van de medicijnen.
Het is duidelijk dat de mogelijkheden van deze nanomedicijnen eindeloos zijn, maar dat er ook op kleine schaal nog heel wat grote uitdagingen voor de deur staan.
