Biomedische ingenieurs van Duke ontwikkelen een tweeledige aanpak voor de behandeling van alvleesklierkanker

Biomedische ingenieurs van Duke ontwikkelen een tweeledige aanpak voor de behandeling van alvleesklierkanker

Biomedische ingenieurs van Duke University hebben de meest effectieve behandeling voor alvleesklierkanker aangetoond die ooit in muismodellen is aangetoond. Terwijl de meeste muisexperimenten het simpelweg stoppen van de groei als een succes beschouwen, elimineerde de nieuwe behandeling tumoren volledig bij 80% van de muizen in verschillende modeltypen, waaronder de modellen die als het moeilijkst te behandelen worden beschouwd.

De aanpak combineert traditionele chemotherapiemedicijnen met een nieuwe methode om de tumor te bestralen. In plaats van straling af te geven via een externe straal die door gezond weefsel gaat, implanteert de behandeling radioactief jodium-131 ​​rechtstreeks in de tumor in een gelachtig depot dat gezond weefsel beschermt en door het lichaam wordt geabsorbeerd nadat de straling is uitgewerkt.

De resultaten verschijnen op 19 oktober online in het tijdschrift Nature Biomedical Engineering.

“We hebben meer dan 1.100 behandelingen in preklinische modellen bestudeerd en hebben nooit resultaten gevonden waarbij de tumoren krompen en verdwenen zoals wij deden”, zegt Jeff Schaal, die het onderzoek uitvoerde tijdens zijn doctoraatswerk in het laboratorium van Ashutosh Chilkoti, de Alan L. Kaganov Distinguished Professor of Biomedical Engineering bij Duke. “Als de rest van de literatuur zegt dat wat wij zien niet gebeurt, dan wisten we dat we met iets buitengewoon interessants te maken hadden.”

Hoewel pancreaskanker slechts 3,2% van alle kankergevallen uitmaakt, is het de derde belangrijkste oorzaak van kankergerelateerde sterfgevallen. Het is erg moeilijk te behandelen omdat de tumoren de neiging hebben agressieve genetische mutaties te ontwikkelen die het resistent maken tegen veel medicijnen. De diagnose wordt doorgaans pas laat gesteld, wanneer de ziekte zich al naar andere plaatsen in het lichaam heeft verspreid.

De huidige toonaangevende behandeling combineert chemotherapie, die cellen gedurende langere tijd in een stralingsgevoelige reproductieve toestand houdt, met een stralingsbundel gericht op de tumor. Deze aanpak is echter niet effectief tenzij een bepaalde stralingsdrempel de tumor bereikt. En ondanks de recente vooruitgang bij het vormgeven en richten van stralingsbundels, is het erg moeilijk om deze drempel te bereiken zonder het risico te lopen op ernstige bijwerkingen.

Een andere methode die onderzoekers hebben geprobeerd, is door een radioactief monster, ingekapseld in titanium, rechtstreeks in de tumor te implanteren. Omdat titanium echter alle straling blokkeert, behalve gammastraling, die ver buiten de tumor reist, kan het slechts een korte tijd in het lichaam blijven voordat schade aan het omliggende weefsel zijn doel tenietdoet.

"Op dit moment is er gewoon geen goede manier om alvleesklierkanker te behandelen", zegt Schaal, die nu onderzoeksdirecteur is bij Cereius, Inc., een biotechnologie-startup in Durham, North Carolina, die eraan werkt om gerichte radionuclidentherapie te commercialiseren via een ander technologisch regime.

Om deze problemen te omzeilen, besloot Schaal een vergelijkbare implantatiemethode te proberen, waarbij gebruik werd gemaakt van een stof gemaakt van elastine-achtige polypeptiden (ELP's), dit zijn synthetische ketens van aminozuren die aan elkaar zijn gebonden om een ​​gelachtige substantie te vormen met op maat gemaakte eigenschappen. Omdat ELP's centraal staan ​​in het Chilkoti-lab, konden hij en zijn collega's een toedieningssysteem ontwikkelen dat goed geschikt was voor deze taak.

De ELP's bestaan ​​in vloeibare toestand bij kamertemperatuur, maar vormen een stabiele gelachtige substantie in het warmere menselijke lichaam. Wanneer de ELP's samen met een radioactief element in een tumor worden geïnjecteerd, vormen ze een klein depot dat radioactieve atomen omsluit. In dit geval kozen onderzoekers ervoor om jodium-131 ​​te gebruiken, een radioactieve isotoop van jodium, omdat artsen het al tientallen jaren vaak gebruiken bij medische behandelingen en de biologische effecten ervan algemeen bekend zijn.

Het ELP-depot omringt het jodium-131 ​​en voorkomt dat het in het lichaam lekt. Het jodium-131 ​​zendt bètastraling uit die de biogel binnendringt en bijna al zijn energie vrijgeeft aan de tumor zonder het omringende weefsel te bereiken. Na verloop van tijd wordt het ELP-depot afgebroken tot zijn aminozuurcomponenten en wordt het door het lichaam opgenomen -; maar niet voordat jodium-131 ​​is vervallen tot een onschadelijke vorm van xenon.

De bètastraling verbetert ook de stabiliteit van de ELP-biogel. Hierdoor gaat het depot langer mee en stort het pas in als de straling op is.”

Jeff Schaal, onderzoeksdirecteur bij Cereius, Inc.

In het nieuwe werk testten Schaal en zijn medewerkers in het Chilkoti-laboratorium de nieuwe behandeling naast paclitaxel, een veelgebruikt chemotherapiemedicijn om verschillende muismodellen van alvleesklierkanker te behandelen. Ze kozen voor alvleesklierkanker omdat het notoir moeilijk te behandelen is, en hoopten aan te tonen dat hun radioactieve tumorimplantaat synergetische effecten opleverde met chemotherapie die niet optraden bij relatief kortdurende bestralingstherapie.

De onderzoekers testten hun aanpak op muizen met kanker vlak onder de huid, veroorzaakt door verschillende mutaties waarvan bekend is dat ze voorkomen bij alvleesklierkanker. Ze testten het ook op muizen met tumoren in de alvleesklier, die veel moeilijker te behandelen zijn.

Over het geheel genomen lieten de tests voor alle modellen een responspercentage van 100% zien, waarbij tumoren in ongeveer 80% van de gevallen in driekwart van de modellen volledig werden geëlimineerd. De tests brachten ook geen onmiddellijk duidelijke bijwerkingen aan het licht, afgezien van alleen chemotherapie.

"Wij geloven dat constante straling ervoor zorgt dat de medicijnen sterker kunnen interageren met hun effecten dan externe bestralingstherapie mogelijk maakt," zei Schaal. "Dit brengt ons ertoe te geloven dat deze aanpak mogelijk zelfs beter werkt dan uitwendige bestralingstherapie voor veel andere soorten kanker."

De aanpak bevindt zich echter nog in een vroeg preklinisch stadium en zal in de nabije toekomst niet beschikbaar zijn voor menselijk gebruik. De onderzoekers zeggen dat hun volgende stap grote dierstudies zijn, waarin ze zullen moeten aantonen dat de techniek nauwkeurig kan worden uitgevoerd met behulp van bestaande klinische hulpmiddelen en endoscopietechnieken waarin artsen al zijn opgeleid. Als dit lukt, zullen ze streven naar een fase 1 klinische proef op mensen.

“Mijn laboratorium werkt al bijna twintig jaar aan de ontwikkeling van nieuwe kankerbehandelingen, en dit werk is misschien wel het meest opwindende dat we ooit hebben gedaan in termen van de potentiële impact ervan, aangezien pancreaskanker in een vergevorderd stadium onmogelijk te behandelen is en altijd fataal is.” zei Chilkoti. "Patiënten met alvleesklierkanker verdienen betere behandelingsopties dan momenteel beschikbaar zijn, en ik ben vastbesloten om dit naar de kliniek te brengen."

Bron:

Duke Universiteit

Referentie:

Schaal, JL, et al. (2022) Brachytherapie via een depot van biopolymeergebonden 131I in synergie met nanodeeltjespaclitaxel in therapieresistente pancreastumoren. Natuurlijke biomedische technologie. doi.org/10.1038/s41551-022-00949-4.

.