Inżynierowie biomedyczni Duke opracowują dwutorowe podejście do leczenia raka trzustki

Inżynierowie biomedyczni Duke opracowują dwutorowe podejście do leczenia raka trzustki

Inżynierowie biomedyczni z Duke University zademonstrowali najskuteczniejszą metodę leczenia raka trzustki, jaką kiedykolwiek wykazano na mysich modelach. Podczas gdy większość eksperymentów na myszach uważa, że ​​po prostu zatrzymanie wzrostu będzie sukcesem, nowe leczenie całkowicie wyeliminowało nowotwory u 80% myszy w kilku typach modeli, w tym tych uznawanych za najtrudniejsze do leczenia.

Podejście to łączy w sobie tradycyjne leki stosowane w chemioterapii z nową metodą napromieniania guza. Zamiast dostarczać promieniowanie z zewnętrznej wiązki przechodzącej przez zdrową tkankę, w ramach leczenia wszczepia się radioaktywny jod-131 bezpośrednio do guza w postaci żelu, który chroni zdrową tkankę i jest wchłaniany przez organizm po ustaniu promieniowania.

Wyniki opublikowano w internecie 19 października w czasopiśmie Nature Biomedical Engineering.

„Przebadaliśmy ponad 1100 terapii w modelach przedklinicznych i nigdy nie znaleźliśmy wyników, w których guzy zmniejszałyby się i znikały tak jak u nas” – powiedział Jeff Schaal, który przeprowadził badania podczas swojej pracy doktorskiej w laboratorium Ashutosha Chilkotiego, wybitnego profesora inżynierii biomedycznej Alana L. Kaganowa na Uniwersytecie Duke. „Jeśli reszta literatury twierdzi, że to, co widzimy, nie dzieje się, to wiedzieliśmy, że mamy do czynienia z czymś niezwykle interesującym”.

Chociaż rak trzustki stanowi zaledwie 3,2% wszystkich przypadków nowotworów, jest trzecią najczęstszą przyczyną zgonów z powodu nowotworu. Jest bardzo trudna w leczeniu, ponieważ w jej nowotworach rozwijają się agresywne mutacje genetyczne, które czynią ją oporną na wiele leków, a zazwyczaj diagnozuje się ją bardzo późno, gdy rozprzestrzeniła się już w inne miejsca w organizmie.

Obecnie wiodąca metoda leczenia łączy chemioterapię, która utrzymuje komórki w stanie radiowrażliwości przez dłuższy czas, z wiązką promieniowania skierowaną na guz. Jednakże to podejście jest nieskuteczne, jeśli do guza nie dociera określony próg promieniowania. Pomimo ostatnich postępów w kształtowaniu i kierowaniu wiązek promieniowania bardzo trudno jest osiągnąć ten próg bez ryzyka poważnych skutków ubocznych.

Inną metodą wypróbowaną przez badaczy jest wszczepienie radioaktywnej próbki zamkniętej w tytanie bezpośrednio do guza. Ponieważ jednak tytan blokuje całe promieniowanie z wyjątkiem promieni gamma, które przedostają się daleko poza guz, może on pozostać w organizmie jedynie przez krótki czas, zanim uszkodzenie otaczającej tkanki przekreśli jego cel.

„W tej chwili po prostu nie ma dobrego sposobu leczenia raka trzustki” – powiedział Schaal, obecnie dyrektor ds. badań w Cereius, Inc., start-upie biotechnologicznym z Durham w Północnej Karolinie, który pracuje nad komercjalizacją celowanej terapii radionuklidowej przy użyciu innej technologii.

Aby obejść te problemy, Schaal zdecydował się wypróbować podobną metodę implantacji, wykorzystując substancję wykonaną z polipeptydów elastynopodobnych (ELP), które są syntetycznymi łańcuchami aminokwasów połączonymi ze sobą w celu utworzenia substancji żelowej o dostosowanych właściwościach. Ponieważ laboratorium Chilkoti koncentruje się na ELP, on i współpracownicy byli w stanie opracować system dostarczania dobrze dostosowany do tego zadania.

ELP występują w stanie ciekłym w temperaturze pokojowej, ale w cieplejszym ciele człowieka tworzą stabilną substancję żelową. Kiedy ELP są wstrzykiwane do guza wraz z pierwiastkiem radioaktywnym, tworzą mały magazyn zawierający radioaktywne atomy. W tym przypadku badacze zdecydowali się na użycie jodu-131, radioaktywnego izotopu jodu, ponieważ lekarze powszechnie stosowali go w leczeniu od dziesięcioleci, a jego działanie biologiczne jest dobrze znane.

Magazyn ELP otacza jod-131 i zapobiega jego przedostawaniu się do organizmu. Jod-131 emituje promieniowanie beta, które przenika przez biożel i uwalnia prawie całą swoją energię do guza, nie docierając do otaczającej tkanki. Z biegiem czasu magazyn ELP rozkłada się na składniki aminokwasowe i jest wchłaniany przez organizm -; ale nie wcześniej niż jod-131 rozpadnie się na nieszkodliwą formę ksenonu.

Promieniowanie beta poprawia także stabilność biożelu ELP. Dzięki temu magazyn wytrzyma dłużej i zapadnie się dopiero po wyczerpaniu się promieniowania”.

Jeff Schaal, dyrektor ds. badań w Cereius, Inc.

W nowej pracy Schaal i jego współpracownicy z laboratorium Chilkoti testowali nowe leczenie wraz z paklitakselem, lekiem powszechnie stosowanym w chemioterapii w leczeniu różnych mysich modeli raka trzustki. Wybrali raka trzustki, ponieważ jest on niezwykle trudny w leczeniu, i mieli nadzieję wykazać, że radioaktywny implant nowotworowy wywołuje efekt synergiczny z chemioterapią, który nie występuje w przypadku stosunkowo krótkotrwałej radioterapii.

Naukowcy przetestowali swoje podejście na myszach chorych na raka znajdującego się tuż pod skórą, spowodowanego różnymi mutacjami występującymi w raku trzustki. Przetestowali go także na myszach z nowotworami trzustki, które są znacznie trudniejsze w leczeniu.

Ogólnie rzecz biorąc, testy wykazały 100% wskaźnik odpowiedzi we wszystkich modelach, przy całkowitej eliminacji guzów w około 80% przypadków w trzech czwartych modeli. Testy nie wykazały również żadnych natychmiastowo oczywistych skutków ubocznych poza samą chemioterapią.

„Uważamy, że ciągłe napromienianie pozwala lekom na silniejszą interakcję ze swoimi skutkami, niż pozwala na to zewnętrzna radioterapia” – powiedział Schaal. „To prowadzi nas do przekonania, że ​​to podejście może faktycznie działać lepiej niż radioterapia wiązkami zewnętrznymi w przypadku wielu innych typów nowotworów”.

Jednakże podejście to znajduje się wciąż na wczesnym etapie przedklinicznym i w dającej się przewidzieć przyszłości nie będzie dostępne do stosowania u ludzi. Naukowcy twierdzą, że ich następnym krokiem będą badania na dużych zwierzętach, w których będą musieli wykazać, że tę technikę można wykonać dokładnie przy użyciu istniejących narzędzi klinicznych i technik endoskopowych, w zakresie których lekarze są już przeszkoleni. Jeśli się powiedzie, będą dążyć do rozpoczęcia I fazy badania klinicznego na ludziach.

„Moje laboratorium pracuje nad opracowaniem nowych metod leczenia raka od prawie 20 lat i ta praca jest prawdopodobnie najbardziej ekscytująca, jaką kiedykolwiek wykonaliśmy, jeśli chodzi o jej potencjalny wpływ, ponieważ rak trzustki w późnym stadium jest niemożliwy do leczenia i niezmiennie kończy się śmiercią”. „powiedział Chilkoti. „Pacjenci z rakiem trzustki zasługują na lepsze możliwości leczenia niż obecnie dostępne, dlatego jestem zaangażowany w dostarczanie ich do kliniki”.

Źródło:

Uniwersytet Duke'a

Odniesienie:

Schaal, JL i in. (2022) Brachyterapia za pomocą magazynu 131I związanego z biopolimerem w połączeniu z nanocząstkowym paklitakselem w przypadku opornych na leczenie guzów trzustki. Naturalna inżynieria biomedyczna. doi.org/10.1038/s41551-022-00949-4.

.