Биомедицинските инженери на Duke разработват двупосочен подход за лечение на рак на панкреаса

Биомедицинските инженери на Duke разработват двупосочен подход за лечение на рак на панкреаса

Биомедицински инженери от университета Дюк демонстрираха най-ефективното лечение на рак на панкреаса, демонстрирано някога в модели на мишки. Докато повечето експерименти с мишки смятат простото спиране на растежа за успех, новото лечение напълно елиминира туморите при 80% от мишките в няколко моделни типа, включително тези, считани за най-трудни за лечение.

Подходът съчетава традиционни химиотерапевтични лекарства с нов метод за облъчване на тумора. Вместо да доставя радиация от външен лъч, който преминава през здрава тъкан, лечението имплантира радиоактивен йод-131 директно в тумора в гелообразно депо, което защитава здравата тъкан и се абсорбира от тялото, след като радиацията изчезне.

Резултатите се появяват онлайн на 19 октомври в списанието Nature Biomedical Engineering.

„Изследвахме над 1100 лечения в предклинични модели и никога не открихме резултати, при които туморите да се свият и изчезнат, както направихме“, каза Джеф Шаал, който проведе изследването по време на докторската си работа в лабораторията на Ашутош Чилкоти, изтъкнатият професор по биомедицинско инженерство на Алън Л. Каганов в Дюк. „Ако останалата част от литературата казва, че това, което виждаме, не се случва, тогава знаехме, че имаме нещо изключително интересно.“

Въпреки че ракът на панкреаса представлява само 3,2% от всички случаи на рак, той е третата водеща причина за смърт, свързана с рака. Много е трудно за лечение, тъй като неговите тумори са склонни да развиват агресивни генетични мутации, които го правят резистентен на много лекарства, и обикновено се диагностицира много късно, когато вече се е разпространил на други места в тялото.

Настоящото водещо лечение комбинира химиотерапия, която поддържа клетките в радиочувствително репродуктивно състояние за продължителен период от време, с лъч радиация, насочен към тумора. Този подход обаче е неефективен, освен ако определен праг на радиация не достигне тумора. И въпреки скорошния напредък в оформянето и насочването на радиационните лъчи, е много трудно да се достигне този праг, без да се рискуват сериозни странични ефекти.

Друг метод, който изследователите са опитали, е да имплантират радиоактивна проба, обвита в титан, директно в тумора. Въпреки това, тъй като титанът блокира всякаква радиация, с изключение на гама лъчите, които се разпространяват далеч извън тумора, той може да остане в тялото само за кратко време, преди увреждането на околната тъкан да отмени предназначението му.

„В момента просто няма добър начин за лечение на рак на панкреаса“, каза Шаал, който сега е директор на изследванията в Cereius, Inc., биотехнологичен стартъп в Дърам, Северна Каролина, който работи за комерсиализиране на таргетната радионуклидна терапия чрез различен технологичен режим.

За да преодолее тези проблеми, Шаал реши да опита подобен метод на имплантиране, използвайки вещество, направено от еластиноподобни полипептиди (ELPs), които са синтетични вериги от аминокиселини, свързани заедно, за да образуват гелообразно вещество с индивидуални свойства. Тъй като ELPs са фокус на лабораторията Chilkoti, той и колегите му успяха да разработят система за доставка, подходяща за тази задача.

ELP съществуват в течно състояние при стайна температура, но образуват стабилно гелообразно вещество в по-топлото човешко тяло. Когато ELPs се инжектират в тумор заедно с радиоактивен елемент, те образуват малко депо, което обхваща радиоактивни атоми. В този случай изследователите избраха да използват йод-131, радиоактивен изотоп на йода, тъй като лекарите обикновено го използват в медицински лечения от десетилетия и неговите биологични ефекти са добре известни.

ELP депото обгражда йод-131 и предотвратява изтичането му в тялото. Йод-131 излъчва бета радиация, която прониква в биогела и освобождава почти цялата си енергия в тумора, без да достига до околната тъкан. С течение на времето ELP депото се разпада на своите аминокиселинни компоненти и се абсорбира от тялото -; но не преди йод-131 да се е разпаднал в безвредна форма на ксенон.

Бета радиацията също подобрява стабилността на биогела ELP. Това помага на депото да продължи по-дълго и да се срине само когато радиацията е изразходвана.

Джеф Шаал, директор изследвания в Cereius, Inc.

В новата работа Шаал и неговите сътрудници в лабораторията Chilkoti тестваха новото лечение заедно с паклитаксел, често използвано химиотерапевтично лекарство за лечение на различни миши модели на рак на панкреаса. Те избраха рак на панкреаса, тъй като той е изключително труден за лечение, и се надяваха да покажат, че техният радиоактивен туморен имплант произвежда синергични ефекти с химиотерапията, които не се наблюдават при относително краткотрайна лъчева терапия.

Изследователите са тествали подхода си върху мишки с рак точно под кожата, причинен от различни мутации, за които е известно, че възникват при рак на панкреаса. Тествали са го и върху мишки с тумори в панкреаса, които са много по-трудни за лечение.

Като цяло, тестването показа 100% степен на отговор при всички модели, като туморите бяха напълно елиминирани в приблизително 80% от случаите в три четвърти от моделите. Тестовете също не разкриха непосредствено очевидни странични ефекти извън химиотерапията.

„Вярваме, че постоянното облъчване позволява на лекарствата да взаимодействат по-силно с техните ефекти, отколкото позволява външната лъчева терапия“, каза Шаал. "Това ни кара да вярваме, че този подход може действително да работи по-добре от външната лъчева терапия за много други видове рак."

Подходът обаче все още е в ранни предклинични етапи и няма да бъде достъпен за употреба от хора в обозримо бъдеще. Изследователите казват, че следващата им стъпка са големи проучвания върху животни, в които ще трябва да покажат, че техниката може да се изпълни точно с помощта на съществуващи клинични инструменти и ендоскопски техники, в които лекарите вече са обучени. Ако успеят, те ще се стремят към фаза 1 клинично изпитване върху хора.

„Моята лаборатория работи върху разработването на нови лечения за рак в продължение на почти 20 години и тази работа е може би най-вълнуващата, която някога сме правили по отношение на нейното потенциално въздействие, тъй като ракът на панкреаса в късен стадий е невъзможен за лечение и неизменно е фатален.“ “, каза Чилкоти. „Пациентите с рак на панкреаса заслужават по-добри възможности за лечение от наличните в момента и аз се ангажирам да внеса това в клиниката.“

източник:

Университет Дюк

Справка:

Schaal, JL, et al. (2022) Брахитерапия чрез депо на свързан с биополимер 131I, синергизиран с наночастици паклитаксел при резистентни на терапия тумори на панкреаса. Природно биомедицинско инженерство. doi.org/10.1038/s41551-022-00949-4.

.