Duke biomedicinske ingeniører udvikler en tostrenget tilgang til behandling af bugspytkirtelkræft

Duke biomedicinske ingeniører udvikler en tostrenget tilgang til behandling af bugspytkirtelkræft

Biomedicinske ingeniører ved Duke University har demonstreret den mest effektive behandling for bugspytkirtelkræft, der nogensinde er blevet demonstreret i musemodeller. Mens de fleste museksperimenter anser det for at være en succes, blot at stoppe væksten, eliminerede den nye behandling fuldstændigt tumorer i 80 % af musene i flere modeltyper, inklusive dem, der anses for at være de sværeste at behandle.

Tilgangen kombinerer traditionelle kemoterapimedicin med en ny metode til bestråling af tumoren. I stedet for at afgive stråling fra en ekstern stråle, der bevæger sig gennem sundt væv, implanterer behandlingen radioaktivt jod-131 direkte i tumoren i et gel-lignende depot, der beskytter sundt væv og absorberes af kroppen, efter at strålingen er slidt op.

Resultaterne vises online den 19. oktober i tidsskriftet Nature Biomedical Engineering.

"Vi undersøgte over 1.100 behandlinger i prækliniske modeller og fandt aldrig resultater, hvor tumorerne skrumpede og forsvandt, som vi gjorde," sagde Jeff Schaal, der udførte forskningen under sit doktorgradsarbejde i laboratoriet hos Ashutosh Chilkoti, Alan L. Kaganov Distinguished Professor of Biomedical Engineering ved Duke. "Hvis resten af ​​litteraturen siger, at det, vi ser, ikke sker, så vidste vi, at vi havde noget ekstremt interessant."

Selvom kræft i bugspytkirtlen kun udgør 3,2 % af alle kræfttilfælde, er det den tredje hyppigste årsag til kræftrelateret død. Det er meget vanskeligt at behandle, fordi dets tumorer har tendens til at udvikle aggressive genetiske mutationer, der gør det resistent over for mange lægemidler, og det diagnosticeres typisk meget sent, når det allerede har spredt sig til andre steder i kroppen.

Den nuværende førende behandling kombinerer kemoterapi, som holder celler i en strålefølsom reproduktionstilstand i en længere periode, med en strålestråle rettet mod tumoren. Denne fremgangsmåde er imidlertid ineffektiv, medmindre en vis strålingstærskel når tumoren. Og på trods af de seneste fremskridt med at forme og rette strålingsstråler, er det meget svært at nå denne tærskel uden at risikere alvorlige bivirkninger.

En anden metode, forskere har forsøgt, er at implantere en radioaktiv prøve indkapslet i titanium direkte i tumoren. Men fordi titanium blokerer al stråling undtagen gammastråler, som bevæger sig langt uden for tumoren, kan det kun blive i kroppen i kort tid, før skader på omgivende væv ophæver formålet.

"Lige nu er der bare ikke en god måde at behandle kræft i bugspytkirtlen på," sagde Schaal, som nu er forskningsdirektør hos Cereius, Inc., en bioteknologisk startup i Durham, North Carolina, der arbejder på at kommercialisere målrettet radionuklidbehandling gennem en anden teknologisk regime.

For at komme uden om disse problemer besluttede Schaal at prøve en lignende implantationsmetode ved hjælp af et stof fremstillet af elastinlignende polypeptider (ELP'er), som er syntetiske kæder af aminosyrer bundet sammen for at danne et gel-lignende stof med skræddersyede egenskaber. Fordi ELP'er er et fokus for Chilkoti-laboratoriet, var han og kolleger i stand til at udvikle et leveringssystem, der var velegnet til denne opgave.

ELP'erne eksisterer i flydende tilstand ved stuetemperatur, men danner et stabilt gel-lignende stof i den varmere menneskekrop. Når ELP'erne injiceres i en tumor sammen med et radioaktivt grundstof, danner de et lille depot, der omslutter radioaktive atomer. I dette tilfælde valgte forskere at bruge jod-131, en radioaktiv isotop af jod, fordi læger almindeligvis har brugt det i medicinske behandlinger i årtier, og dets biologiske virkninger er velkendte.

ELP-depotet omgiver jod-131 og forhindrer det i at lække ind i kroppen. Jod-131 udsender betastråling, der trænger ind i biogelen og frigiver næsten al dens energi til tumoren uden at nå det omgivende væv. Over tid nedbrydes ELP-depotet til dets aminosyrekomponenter og absorberes af kroppen -; men ikke før jod-131 er forfaldet til en harmløs form for xenon.

Betastrålingen forbedrer også stabiliteten af ​​ELP-biogelen. Det hjælper depotet med at holde længere og kollapser først, når strålingen er brugt op.”

Jeff Schaal, forskningsdirektør hos Cereius, Inc.

I det nye arbejde testede Schaal og hans samarbejdspartnere i Chilkoti-laboratoriet den nye behandling sammen med paclitaxel, et almindeligt anvendt kemoterapilægemiddel til behandling af forskellige musemodeller af bugspytkirtelkræft. De valgte bugspytkirtelkræft, fordi det er notorisk svært at behandle, og håbede at vise, at deres radioaktive tumorimplantat gav synergistiske effekter med kemoterapi, som ikke opstod med relativt kortvarig strålebehandling.

Forskerne testede deres tilgang på mus med kræft lige under huden forårsaget af forskellige mutationer, der vides at forekomme i bugspytkirtelkræft. De testede det også på mus med tumorer i bugspytkirtlen, som er meget sværere at behandle.

Samlet set viste test en 100 % responsrate på tværs af alle modeller, med tumorer fuldstændig elimineret i cirka 80 % af tilfældene i tre fjerdedele af modellerne. Testene afslørede heller ingen umiddelbart åbenlyse bivirkninger ud over kemoterapi alene.

"Vi mener, at konstant stråling gør det muligt for lægemidlerne at interagere stærkere med deres virkninger, end ekstern strålebehandling tillader," sagde Schaal. "Dette får os til at tro, at denne tilgang faktisk kan fungere bedre end ekstern strålebehandling til mange andre typer kræft."

Tilgangen er dog stadig i tidlige prækliniske stadier og vil ikke være tilgængelig for mennesker i en overskuelig fremtid. Forskerne siger, at deres næste skridt er store dyreforsøg, hvor de bliver nødt til at vise, at teknikken kan udføres præcist ved hjælp af eksisterende kliniske værktøjer og endoskopiteknikker, som lægerne allerede er uddannet i. Hvis det lykkes, vil de sigte mod et fase 1 klinisk forsøg på mennesker.

"Mit laboratorium har arbejdet på at udvikle nye kræftbehandlinger i næsten 20 år, og dette arbejde er måske det mest spændende, vi nogensinde har udført med hensyn til dets potentielle påvirkning, eftersom kræft i det sene stadie af bugspytkirtelkræft er umuligt at behandle og uvægerligt er dødeligt." " sagde Chilkoti. "Patienter med bugspytkirtelkræft fortjener bedre behandlingsmuligheder, end der er tilgængelige i øjeblikket, og jeg er forpligtet til at bringe dette til klinikken."

Kilde:

Duke University

Reference:

Schaal, JL, et al. (2022) Brachyterapi via et depot af biopolymerbundet 131I synergiseret med nanopartikel paclitaxel i terapi-resistente bugspytkirteltumorer. Naturlig biomedicinsk teknik. doi.org/10.1038/s41551-022-00949-4.

.