Biomedicínski inžinieri Duke vyvíjajú dvojaký prístup k liečbe rakoviny pankreasu

Biomedicínski inžinieri Duke vyvíjajú dvojaký prístup k liečbe rakoviny pankreasu

Biomedicínski inžinieri z Duke University demonštrovali najúčinnejšiu liečbu rakoviny pankreasu, aká bola kedy preukázaná na myších modeloch. Zatiaľ čo väčšina experimentov na myšiach považuje za úspech jednoduché zastavenie rastu, nová liečba úplne eliminovala nádory u 80 % myší v niekoľkých modelových typoch, vrátane tých, ktoré sa považujú za najťažšie liečiteľné.

Tento prístup kombinuje tradičné chemoterapeutické lieky s novou metódou ožarovania nádoru. Namiesto dodávania žiarenia z vonkajšieho lúča, ktorý prechádza zdravým tkanivom, liečba implantuje rádioaktívny jód-131 priamo do nádoru v gélovom depotu, ktorý chráni zdravé tkanivo a po odznení žiarenia ho telo absorbuje.

Výsledky sa objavia online 19. októbra v časopise Nature Biomedical Engineering.

"Študovali sme viac ako 1100 ošetrení na predklinických modeloch a nikdy sme nenašli výsledky, pri ktorých by sa nádory zmenšovali a mizli ako my," povedal Jeff Schaal, ktorý výskum viedol počas svojej doktorandskej práce v laboratóriu Ashutosha Chilkotiho, významného profesora biomedicínskeho inžinierstva Alana L. Kaganova na Duke. "Ak zvyšok literatúry hovorí, že to, čo vidíme, sa nedeje, potom sme vedeli, že máme niečo mimoriadne zaujímavé."

Hoci rakovina pankreasu predstavuje iba 3,2 % všetkých prípadov rakoviny, je treťou najčastejšou príčinou úmrtí súvisiacich s rakovinou. Je veľmi ťažké ho liečiť, pretože jeho nádory majú tendenciu vyvinúť agresívne genetické mutácie, vďaka ktorým je odolný voči mnohým liekom, a zvyčajne je diagnostikovaný veľmi neskoro, keď sa už rozšíril na iné miesta v tele.

Súčasná popredná liečba kombinuje chemoterapiu, ktorá udržuje bunky v rádiosenzitívnom reprodukčnom stave počas predĺženého časového obdobia, s lúčom žiarenia nasmerovaným na nádor. Tento prístup je však neúčinný, pokiaľ nádor nedosiahne určitý prah žiarenia. A napriek nedávnemu pokroku v tvarovaní a smerovaní lúčov žiarenia je veľmi ťažké dosiahnuť túto hranicu bez rizika vážnych vedľajších účinkov.

Ďalšou metódou, ktorú výskumníci vyskúšali, je implantácia rádioaktívnej vzorky obalenej titánom priamo do nádoru. Keďže však titán blokuje všetko žiarenie okrem gama lúčov, ktoré sa šíria ďaleko mimo nádoru, môže v tele zostať len krátky čas, kým poškodenie okolitého tkaniva neguje jeho účel.

"Práve teraz neexistuje dobrý spôsob, ako liečiť rakovinu pankreasu," povedal Schaal, ktorý je teraz riaditeľom výskumu v spoločnosti Cereius, Inc., biotechnologického startupu v Durhame v Severnej Karolíne, ktorý pracuje na komercializácii cielenej rádionuklidovej terapie prostredníctvom iného technologického režimu.

Na obídenie týchto problémov sa Schaal rozhodol vyskúšať podobnú implantačnú metódu s použitím látky vyrobenej z elastínu podobných polypeptidov (ELP), čo sú syntetické reťazce aminokyselín, ktoré sú navzájom spojené, aby vytvorili gélovú látku s prispôsobenými vlastnosťami. Pretože laboratórium Chilkoti sa zameriava na ELP, on a kolegovia boli schopní vyvinúť systém podávania, ktorý sa dobre hodí na túto úlohu.

ELP existujú v kvapalnom stave pri izbovej teplote, ale v teplejšom ľudskom tele tvoria stabilnú gélovitú látku. Keď sa ELP vstreknú do nádoru spolu s rádioaktívnym prvkom, vytvoria malý sklad, ktorý obklopí rádioaktívne atómy. V tomto prípade sa vedci rozhodli použiť jód-131, rádioaktívny izotop jódu, pretože ho lekári bežne používajú pri liečbe už desaťročia a jeho biologické účinky sú dobre známe.

Zásobník ELP obklopuje jód-131 a zabraňuje jeho úniku do tela. Jód-131 emituje beta žiarenie, ktoré preniká biogélom a uvoľňuje takmer všetku svoju energiu do nádoru bez toho, aby sa dostalo do okolitého tkaniva. V priebehu času sa depot ELP rozloží na svoje aminokyselinové zložky a telo ho absorbuje -; ale nie skôr, ako sa jód-131 rozpadne na neškodnú formu xenónu.

Beta žiarenie tiež zlepšuje stabilitu biogélu ELP. To pomáha skladu vydržať dlhšie a zrúti sa až po vyčerpaní radiácie.“

Jeff Schaal, riaditeľ výskumu v spoločnosti Cereius, Inc.

V novej práci Schaal a jeho spolupracovníci v laboratóriu Chilkoti testovali novú liečbu spolu s paklitaxelom, bežne používaným chemoterapeutickým liekom na liečbu rôznych myších modelov rakoviny pankreasu. Vybrali si rakovinu pankreasu, pretože je známe, že je ťažko liečiteľná, a dúfali, že dokážu, že ich rádioaktívny nádorový implantát má synergické účinky s chemoterapiou, ktoré sa nevyskytli pri relatívne krátkodobej rádioterapii.

Výskumníci testovali svoj prístup na myšiach s rakovinou tesne pod kožou spôsobenou rôznymi mutáciami, o ktorých je známe, že sa vyskytujú pri rakovine pankreasu. Testovali to aj na myšiach s nádormi v pankrease, ktoré sa liečia oveľa ťažšie.

Celkovo testovanie ukázalo 100 % mieru odozvy naprieč všetkými modelmi, pričom nádory boli úplne eliminované v približne 80 % prípadov v troch štvrtinách modelov. Testy tiež neodhalili žiadne bezprostredne zjavné vedľajšie účinky okrem samotnej chemoterapie.

"Veríme, že neustále ožarovanie umožňuje liekom silnejšie interagovať s ich účinkami, ako umožňuje externá radiačná terapia," povedal Schaal. "To nás vedie k presvedčeniu, že tento prístup môže v skutočnosti fungovať lepšie ako externá radiačná terapia pri mnohých iných typoch rakoviny."

Tento prístup je však stále v skorých predklinických štádiách a v dohľadnej budúcnosti nebude dostupný na použitie u ľudí. Vedci tvrdia, že ich ďalším krokom sú veľké štúdie na zvieratách, v ktorých budú musieť preukázať, že túto techniku ​​možno vykonať presne pomocou existujúcich klinických nástrojov a endoskopických techník, v ktorých sú lekári už vyškolení. Ak budú úspešní, zamerajú sa na klinickú skúšku fázy 1 na ľuďoch.

"Moje laboratórium pracuje na vývoji nových spôsobov liečby rakoviny už takmer 20 rokov a táto práca je možno tá najvzrušujúcejšia, akú sme kedy urobili, pokiaľ ide o jej potenciálny vplyv, pretože rakovinu pankreasu v poslednom štádiu nie je možné liečiť a je vždy smrteľná." " povedal Chilkoti. "Pacienti s rakovinou pankreasu si zaslúžia lepšie možnosti liečby, ako sú v súčasnosti dostupné, a ja som odhodlaný priniesť to na kliniku."

Zdroj:

Duke University

Referencia:

Schaal, JL, a kol. (2022) Brachyterapia prostredníctvom depotu 131I naviazaného na biopolymér synergicky s nanočasticovým paklitaxelom pri nádoroch pankreasu rezistentných na liečbu. Prírodné biomedicínske inžinierstvo. doi.org/10.1038/s41551-022-00949-4.

.