Gli ingegneri biomedici della Duke stanno sviluppando un duplice approccio al trattamento del cancro al pancreas

Gli ingegneri biomedici della Duke stanno sviluppando un duplice approccio al trattamento del cancro al pancreas

Gli ingegneri biomedici della Duke University hanno dimostrato il trattamento più efficace per il cancro al pancreas mai dimostrato nei modelli murini. Mentre la maggior parte degli esperimenti sui topi considera il semplice arresto della crescita un successo, il nuovo trattamento ha eliminato completamente i tumori nell’80% dei topi in diversi tipi di modello, compresi quelli considerati i più difficili da trattare.

L’approccio combina i farmaci chemioterapici tradizionali con un nuovo metodo di irradiazione del tumore. Invece di erogare radiazioni da un raggio esterno che viaggia attraverso i tessuti sani, il trattamento impianta lo iodio radioattivo-131 direttamente nel tumore in un deposito gelatinoso che protegge i tessuti sani e viene assorbito dall’organismo dopo che l’effetto delle radiazioni si è esaurito.

I risultati saranno pubblicati online il 19 ottobre sulla rivista Nature Biomedical Engineering.

"Abbiamo studiato oltre 1.100 trattamenti in modelli preclinici e non abbiamo mai trovato risultati in cui i tumori si sono ridotti e sono scomparsi come abbiamo fatto noi", ha affermato Jeff Schaal, che ha condotto la ricerca durante il suo lavoro di dottorato nel laboratorio di Ashutosh Chilkoti, Alan L. Kaganov Distinguished Professor di Ingegneria Biomedica alla Duke. “Se il resto della letteratura dice che ciò che vediamo non sta accadendo, allora sapevamo di avere qualcosa di estremamente interessante”.

Sebbene il cancro al pancreas rappresenti solo il 3,2% di tutti i casi di cancro, è la terza causa di morte correlata al cancro. È molto difficile da curare perché i suoi tumori tendono a sviluppare mutazioni genetiche aggressive che lo rendono resistente a molti farmaci e in genere viene diagnosticato molto tardi, quando si è già diffuso in altre parti del corpo.

L'attuale trattamento principale combina la chemioterapia, che mantiene le cellule in uno stato riproduttivo radiosensibile per un lungo periodo di tempo, con un fascio di radiazioni diretto al tumore. Tuttavia, questo approccio è inefficace a meno che una determinata soglia di radiazione non raggiunga il tumore. E nonostante i recenti progressi nella modellazione e nella direzione dei fasci di radiazioni, è molto difficile raggiungere questa soglia senza rischiare gravi effetti collaterali.

Un altro metodo provato dai ricercatori è quello di impiantare un campione radioattivo racchiuso nel titanio direttamente nel tumore. Tuttavia, poiché il titanio blocca tutte le radiazioni tranne i raggi gamma, che viaggiano molto al di fuori del tumore, può rimanere nel corpo solo per un breve periodo prima che il danno ai tessuti circostanti ne annulli lo scopo.

"Al momento, semplicemente non esiste un buon modo per curare il cancro al pancreas", ha detto Schaal, che ora è direttore della ricerca presso Cereius, Inc., una startup biotecnologica a Durham, nella Carolina del Nord, che sta lavorando per commercializzare la terapia radionuclidica mirata attraverso un diverso regime tecnologico.

Per aggirare questi problemi, Schaal ha deciso di provare un metodo di impianto simile utilizzando una sostanza composta da polipeptidi simili all’elastina (ELP), che sono catene sintetiche di amminoacidi legati insieme per formare una sostanza simile al gel con proprietà su misura. Poiché gli ELP sono il fulcro del laboratorio Chilkoti, lui e i suoi colleghi sono stati in grado di sviluppare un sistema di erogazione adatto a questo compito.

Gli ELP esistono allo stato liquido a temperatura ambiente, ma formano una sostanza stabile simile al gel nel corpo umano più caldo. Quando gli ELP vengono iniettati in un tumore insieme a un elemento radioattivo, formano un piccolo deposito che racchiude atomi radioattivi. In questo caso, i ricercatori hanno scelto di utilizzare lo iodio-131, un isotopo radioattivo dello iodio, perché i medici lo utilizzano comunemente nei trattamenti medici da decenni e i suoi effetti biologici sono ben noti.

Il deposito ELP circonda lo iodio-131 e ne impedisce la fuoriuscita nel corpo. Lo iodio-131 emette radiazioni beta che penetrano nel biogel e rilasciano quasi tutta la sua energia nel tumore senza raggiungere il tessuto circostante. Nel corso del tempo, il deposito ELP si scompone nei suoi componenti aminoacidici e viene assorbito dall'organismo -; ma non prima che lo iodio-131 sia decaduto in una forma innocua di xeno.

La radiazione beta migliora anche la stabilità del biogel ELP. Ciò aiuta il deposito a durare più a lungo e collassa solo quando la radiazione è esaurita”.

Jeff Schaal, direttore della ricerca presso Cereius, Inc.

Nel nuovo lavoro, Schaal e i suoi collaboratori nel laboratorio Chilkoti hanno testato il nuovo trattamento insieme al paclitaxel, un farmaco chemioterapico comunemente usato per trattare vari modelli murini di cancro al pancreas. Hanno scelto il cancro del pancreas perché è notoriamente difficile da trattare e speravano di dimostrare che il loro impianto tumorale radioattivo produceva effetti sinergici con la chemioterapia che non si verificavano con la radioterapia di durata relativamente breve.

I ricercatori hanno testato il loro approccio su topi con cancro appena sotto la pelle causato da varie mutazioni note che si verificano nel cancro del pancreas. Lo hanno testato anche su topi con tumori al pancreas, che sono molto più difficili da trattare.

Nel complesso, i test hanno mostrato un tasso di risposta del 100% in tutti i modelli, con tumori completamente eliminati in circa l’80% dei casi in tre quarti dei modelli. I test inoltre non hanno rivelato effetti collaterali immediatamente evidenti oltre alla sola chemioterapia.

"Crediamo che la radiazione costante consenta ai farmaci di interagire più fortemente con i loro effetti rispetto a quanto consentito dalla radioterapia esterna", ha affermato Schaal. “Questo ci porta a credere che questo approccio potrebbe effettivamente funzionare meglio della radioterapia a raggi esterni per molti altri tipi di cancro”.

Tuttavia, l’approccio è ancora nelle prime fasi precliniche e non sarà disponibile per l’uso umano nel prossimo futuro. I ricercatori affermano che il loro prossimo passo sono studi su grandi animali in cui dovranno dimostrare che la tecnica può essere eseguita con precisione utilizzando gli strumenti clinici esistenti e le tecniche endoscopiche in cui i medici sono già formati. In caso di successo, mireranno a una sperimentazione clinica di fase 1 sugli esseri umani.

“Il mio laboratorio lavora allo sviluppo di nuovi trattamenti contro il cancro da quasi 20 anni, e questo lavoro è forse il più entusiasmante che abbiamo mai fatto in termini di impatto potenziale, dal momento che il cancro al pancreas in stadio avanzato è impossibile da trattare ed è invariabilmente fatale”. " ha affermato Chilkoti. "I pazienti affetti da cancro al pancreas meritano opzioni terapeutiche migliori di quelle attualmente disponibili e mi impegno a portarle in clinica".

Fonte:

Università Ducale

Riferimento:

Schaal, JL, et al. (2022) Brachiterapia tramite un deposito di 131I legato a biopolimero in sinergia con nanoparticelle di paclitaxel nei tumori pancreatici resistenti alla terapia. Ingegneria biomedica naturale. doi.org/10.1038/s41551-022-00949-4.

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