Biomedicinski inženjeri tvrtke Duke razvijaju dvosmjerni pristup liječenju raka gušterače

Biomedicinski inženjeri tvrtke Duke razvijaju dvosmjerni pristup liječenju raka gušterače

Biomedicinski inženjeri sa Sveučilišta Duke demonstrirali su najučinkovitije liječenje raka gušterače ikada prikazano na mišjim modelima. Dok većina pokusa na miševima jednostavno zaustavljanje rasta smatra uspjehom, novi tretman potpuno je eliminirao tumore kod 80% miševa u nekoliko tipova modela, uključujući one koji se smatraju najtežim za liječenje.

Pristup kombinira tradicionalne kemoterapijske lijekove s novom metodom zračenja tumora. Umjesto isporuke zračenja iz vanjskog snopa koji putuje kroz zdravo tkivo, tretman implantira radioaktivni jod-131 izravno u tumor u depou nalik gelu koji štiti zdravo tkivo i apsorbira ga tijelo nakon što zračenje prestane.

Rezultati se pojavljuju online 19. listopada u časopisu Nature Biomedical Engineering.

"Proučavali smo više od 1100 tretmana u pretkliničkim modelima i nikada nismo pronašli rezultate u kojima su se tumori smanjivali i nestajali kao mi", rekao je Jeff Schaal, koji je proveo istraživanje tijekom svog doktorskog rada u laboratoriju Ashutosha Chilkotija, uvaženog profesora biomedicinskog inženjerstva Alana L. Kaganova na Dukeu. "Ako ostatak literature kaže da se ono što vidimo ne događa, onda smo znali da imamo nešto izuzetno zanimljivo."

Iako rak gušterače čini samo 3,2% svih slučajeva raka, on je treći vodeći uzrok smrti uzrokovane rakom. Vrlo ga je teško liječiti jer njegovi tumori imaju tendenciju razviti agresivne genetske mutacije koje ga čine otpornim na mnoge lijekove, a obično se dijagnosticira vrlo kasno, kada se već proširio na druga mjesta u tijelu.

Trenutačno vodeće liječenje kombinira kemoterapiju, koja održava stanice u radioosjetljivom reproduktivnom stanju dulje vrijeme, sa snopom zračenja usmjerenim na tumor. Međutim, ovaj je pristup neučinkovit osim ako određeni prag zračenja ne dosegne tumor. Usprkos nedavnom napretku u oblikovanju i usmjeravanju snopova zračenja, vrlo je teško dosegnuti ovaj prag bez opasnosti od ozbiljnih nuspojava.

Još jedna metoda koju su istraživači pokušali je usaditi radioaktivni uzorak umotan u titan izravno u tumor. Međutim, budući da titan blokira sve radijacije osim gama zraka, koje putuju daleko izvan tumora, može ostati u tijelu samo kratko vrijeme prije nego što oštećenje okolnog tkiva poništi njegovu svrhu.

"Trenutno jednostavno ne postoji dobar način za liječenje raka gušterače", rekao je Schaal, koji je sada direktor istraživanja u Cereius, Inc., biotehnološkom startupu u Durhamu, Sjeverna Karolina, koji radi na komercijalizaciji ciljane radionuklidne terapije kroz drugačiji tehnološki režim.

Kako bi zaobišao ove probleme, Schaal je odlučio isprobati sličnu metodu implantacije koristeći supstancu napravljenu od polipeptida sličnih elastinu (ELP), koji su sintetski lanci aminokiselina povezanih zajedno da tvore supstancu sličnu gelu s prilagođenim svojstvima. Budući da su ELP fokus laboratorija Chilkoti, on i kolege uspjeli su razviti sustav isporuke koji je dobro prilagođen ovom zadatku.

ELP postoje u tekućem stanju na sobnoj temperaturi, ali u toplijem ljudskom tijelu stvaraju stabilnu tvar sličnu gelu. Kada se ELP ubrizgaju u tumor zajedno s radioaktivnim elementom, formiraju mali depo koji obuhvaća radioaktivne atome. U ovom slučaju, istraživači su odlučili upotrijebiti jod-131, radioaktivni izotop joda, jer su ga liječnici desetljećima često koristili u medicinskim tretmanima i njegovi biološki učinci su dobro poznati.

ELP depo okružuje jod-131 i sprječava njegovo istjecanje u tijelo. Jod-131 emitira beta zračenje koje prodire kroz biogel i otpušta gotovo svu svoju energiju u tumor ne dopirući do okolnog tkiva. Tijekom vremena, depo ELP-a se razgrađuje na komponente aminokiselina koje tijelo apsorbira -; ali ne prije nego što se jod-131 raspadne u bezopasni oblik ksenona.

Beta zračenje također poboljšava stabilnost ELP biogela. To pomaže da depo traje dulje i da se uruši tek kada se zračenje potroši.”

Jeff Schaal, direktor istraživanja u Cereius, Inc.

U novom radu, Schaal i njegovi suradnici u laboratoriju Chilkoti testirali su novi tretman zajedno s paklitakselom, često korištenim kemoterapijskim lijekom za liječenje različitih mišjih modela raka gušterače. Odabrali su rak gušterače jer ga je notorno teško liječiti i nadali su se pokazati da njihov radioaktivni tumorski implantat ima sinergijske učinke s kemoterapijom koji se nisu dogodili s relativno kratkotrajnom terapijom zračenjem.

Istraživači su testirali svoj pristup na miševima s rakom ispod kože uzrokovanim raznim mutacijama za koje se zna da se javljaju kod raka gušterače. Također su ga testirali na miševima s tumorima na gušterači, koje je mnogo teže liječiti.

Sveukupno, testiranje je pokazalo 100% stopu odgovora na svim modelima, s potpunom eliminacijom tumora u otprilike 80% slučajeva u tri četvrtine modela. Testovi također nisu otkrili odmah očite nuspojave osim same kemoterapije.

"Vjerujemo da stalno zračenje omogućuje snažniju interakciju lijekova sa svojim učincima nego što to dopušta vanjska terapija zračenjem", rekao je Schaal. "To nas navodi da vjerujemo da ovaj pristup zapravo može djelovati bolje od terapije vanjskim snopom zračenja za mnoge druge vrste raka."

Međutim, pristup je još uvijek u ranoj pretkliničkoj fazi i neće biti dostupan za ljudsku upotrebu u doglednoj budućnosti. Istraživači kažu da su njihov sljedeći korak velike studije na životinjama u kojima će morati pokazati da se tehnika može izvesti točno koristeći postojeće kliničke alate i tehnike endoskopije za koje su liječnici već obučeni. Ako uspiju, ciljat će na fazu 1 kliničkog ispitivanja na ljudima.

"Moj laboratorij radi na razvoju novih tretmana raka gotovo 20 godina, a ovaj posao je možda najuzbudljiviji koji smo ikada radili u smislu njegovog potencijalnog učinka, budući da je kasni stadij raka gušterače nemoguće liječiti i uvijek je fatalan." " rekao je Chilkoti. "Pacijenti s rakom gušterače zaslužuju bolje mogućnosti liječenja od onih koje su trenutno dostupne, a ja sam predan tome da to uvedem u kliniku."

Izvor:

Sveučilište Duke

Referenca:

Schaal, JL, i sur. (2022) Brahiterapija putem depoa biopolimerom vezanog 131I u sinergiji s nanočesticama paklitaksela u tumorima gušterače otpornim na terapiju. Prirodni biomedicinski inženjering. doi.org/10.1038/s41551-022-00949-4.

.