Duke biomedisinske ingeniører utvikler en todelt tilnærming til behandling av kreft i bukspyttkjertelen

Duke biomedisinske ingeniører utvikler en todelt tilnærming til behandling av kreft i bukspyttkjertelen

Biomedisinske ingeniører ved Duke University har vist den mest effektive behandlingen for kreft i bukspyttkjertelen som noen gang er demonstrert i musemodeller. Mens de fleste museeksperimenter vurderer å stoppe veksten for å være en suksess, eliminerte den nye behandlingen fullstendig svulster i 80 % av musene i flere modelltyper, inkludert de som ble ansett som de vanskeligste å behandle.

Tilnærmingen kombinerer tradisjonelle kjemoterapimedisiner med en ny metode for å bestråle svulsten. I stedet for å levere stråling fra en ekstern stråle som beveger seg gjennom friskt vev, implanterer behandlingen radioaktivt jod-131 direkte inn i svulsten i et gel-lignende depot som beskytter sunt vev og absorberes av kroppen etter at strålingen er borte.

Resultatene vises online 19. oktober i tidsskriftet Nature Biomedical Engineering.

"Vi studerte over 1100 behandlinger i prekliniske modeller og fant aldri resultater hvor svulstene krympet og forsvant som vi gjorde," sa Jeff Schaal, som utførte forskningen under sitt doktorgradsarbeid i laboratoriet til Ashutosh Chilkoti, Alan L. Kaganov Distinguished Professor of Biomedical Engineering ved Duke. "Hvis resten av litteraturen sier at det vi ser ikke skjer, så visste vi at vi hadde noe ekstremt interessant."

Selv om kreft i bukspyttkjertelen utgjør bare 3,2 % av alle krefttilfeller, er det den tredje ledende årsaken til kreftrelatert død. Det er svært vanskelig å behandle fordi svulstene har en tendens til å utvikle aggressive genetiske mutasjoner som gjør det motstandsdyktig mot mange medikamenter, og det diagnostiseres vanligvis veldig sent, når det allerede har spredt seg til andre steder i kroppen.

Den nåværende ledende behandlingen kombinerer kjemoterapi, som holder cellene i en strålefølsom reproduktiv tilstand i en lengre periode, med en strålestråle rettet mot svulsten. Imidlertid er denne tilnærmingen ineffektiv med mindre en viss strålingsterskel når svulsten. Og til tross for nylige fremskritt innen utforming og retning av strålingsstråler, er det svært vanskelig å nå denne terskelen uten å risikere alvorlige bivirkninger.

En annen metode forskere har prøvd er å implantere en radioaktiv prøve innkapslet i titan direkte inn i svulsten. Men fordi titan blokkerer all stråling unntatt gammastråler, som beveger seg langt utenfor svulsten, kan den bare forbli i kroppen i kort tid før skade på omkringliggende vev opphever formålet.

"Akkurat nå er det bare ikke en god måte å behandle kreft i bukspyttkjertelen på," sa Schaal, som nå er forskningsdirektør ved Cereius, Inc., en bioteknologistartup i Durham, North Carolina, som jobber med å kommersialisere målrettet radionuklidbehandling gjennom et annet teknologiregime.

For å omgå disse problemene bestemte Schaal seg for å prøve en lignende implantasjonsmetode ved å bruke et stoff laget av elastinlignende polypeptider (ELP), som er syntetiske kjeder av aminosyrer bundet sammen for å danne en gellignende substans med skreddersydde egenskaper. Fordi ELP-er er et fokus for Chilkoti-laboratoriet, var han og kolleger i stand til å utvikle et leveringssystem som var godt egnet for denne oppgaven.

ELP-ene eksisterer i flytende tilstand ved romtemperatur, men danner en stabil gel-lignende substans i den varmere menneskekroppen. Når ELP-ene injiseres i en svulst sammen med et radioaktivt element, danner de et lite depot som omslutter radioaktive atomer. I dette tilfellet valgte forskere å bruke jod-131, en radioaktiv isotop av jod, fordi leger ofte har brukt det i medisinske behandlinger i flere tiår, og dets biologiske effekter er velkjente.

ELP-depotet omgir jod-131 og hindrer det i å lekke inn i kroppen. Jod-131 sender ut betastråling som trenger inn i biogelen og frigjør nesten all energien i svulsten uten å nå det omkringliggende vevet. Over tid brytes ELP-depotet ned til sine aminosyrekomponenter og absorberes av kroppen -; men ikke før jod-131 har forfalt til en ufarlig form for xenon.

Betastrålingen forbedrer også stabiliteten til ELP-biogelen. Dette gjør at depotet varer lenger og kollapser først når strålingen er brukt opp.»

Jeff Schaal, forskningsdirektør i Cereius, Inc.

I det nye arbeidet testet Schaal og hans samarbeidspartnere i Chilkoti-laboratoriet den nye behandlingen sammen med paklitaksel, et ofte brukt kjemoterapimedisin for å behandle ulike musemodeller av kreft i bukspyttkjertelen. De valgte kreft i bukspyttkjertelen fordi det er notorisk vanskelig å behandle, og håpet å vise at deres radioaktive tumorimplantat ga synergistiske effekter med kjemoterapi som ikke skjedde med relativt kortvarig strålebehandling.

Forskerne testet deres tilnærming på mus med kreft rett under huden forårsaket av ulike mutasjoner som er kjent for å forekomme i kreft i bukspyttkjertelen. De testet det også på mus med svulster i bukspyttkjertelen, som er mye vanskeligere å behandle.

Totalt sett viste testing en 100 % responsrate på tvers av alle modeller, med svulster fullstendig eliminert i omtrent 80 % av tilfellene i tre fjerdedeler av modellene. Testene avslørte heller ingen umiddelbart åpenbare bivirkninger utover kjemoterapi alene.

"Vi tror at konstant stråling gjør at stoffene kan samhandle sterkere med effektene enn ekstern strålebehandling tillater," sa Schaal. "Dette får oss til å tro at denne tilnærmingen faktisk kan fungere bedre enn ekstern strålebehandling for mange andre typer kreft."

Tilnærmingen er imidlertid fortsatt i tidlige prekliniske stadier og vil ikke være tilgjengelig for menneskelig bruk i overskuelig fremtid. Forskerne sier at deres neste steg er store dyrestudier der de må vise at teknikken kan utføres nøyaktig ved hjelp av eksisterende kliniske verktøy og endoskopiteknikker som legene allerede er opplært i. Hvis de lykkes, vil de sikte mot en fase 1 klinisk studie på mennesker.

"Laboratoriet mitt har jobbet med å utvikle nye kreftbehandlinger i nesten 20 år, og dette arbeidet er kanskje det mest spennende vi noen gang har gjort med tanke på dens potensielle påvirkning, siden kreft i bukspyttkjertelen er umulig å behandle og er alltid dødelig." ", sa Chilkoti. "Pasienter med kreft i bukspyttkjertelen fortjener bedre behandlingsalternativer enn det som er tilgjengelig for øyeblikket, og jeg er forpliktet til å bringe dette til klinikken."

Kilde:

Duke University

Referanse:

Schaal, JL, et al. (2022) Brachyterapi via et depot av biopolymerbundet 131I synergisert med nanopartikkel paklitaksel i terapiresistente bukspyttkjertelsvulster. Naturlig biomedisinsk teknikk. doi.org/10.1038/s41551-022-00949-4.

.