Duke biomedicinska ingenjörer utvecklar ett tvådelat tillvägagångssätt för att behandla cancer i bukspottkörteln

Duke biomedicinska ingenjörer utvecklar ett tvådelat tillvägagångssätt för att behandla cancer i bukspottkörteln

Biomedicinska ingenjörer vid Duke University har visat den mest effektiva behandlingen för cancer i bukspottkörteln som någonsin demonstrerats i musmodeller. Medan de flesta musexperiment anser att det är en framgång att helt enkelt stoppa tillväxten, eliminerade den nya behandlingen helt tumörer i 80 % av mössen i flera modelltyper, inklusive de som anses vara svårast att behandla.

Metoden kombinerar traditionella kemoterapiläkemedel med en ny metod för att bestråla tumören. Istället för att avge strålning från en extern stråle som färdas genom frisk vävnad, implanterar behandlingen radioaktivt jod-131 direkt i tumören i en gelliknande depå som skyddar frisk vävnad och absorberas av kroppen efter att strålningen har försvunnit.

Resultaten visas online den 19 oktober i tidskriften Nature Biomedical Engineering.

"Vi studerade över 1 100 behandlingar i prekliniska modeller och hittade aldrig resultat där tumörerna krympte och försvann som vi gjorde", säger Jeff Schaal, som genomförde forskningen under sitt doktorandarbete i laboratoriet av Ashutosh Chilkoti, Alan L. Kaganov Distinguished Professor of Biomedical Engineering vid Duke. "Om resten av litteraturen säger att det vi ser inte händer, då visste vi att vi hade något extremt intressant."

Även om cancer i bukspottkörteln bara står för 3,2 % av alla cancerfall, är det den tredje vanligaste orsaken till cancerrelaterad död. Det är mycket svårt att behandla eftersom dess tumörer tenderar att utveckla aggressiva genetiska mutationer som gör den resistent mot många läkemedel, och den diagnostiseras vanligtvis mycket sent, när den redan har spridit sig till andra platser i kroppen.

Den nuvarande ledande behandlingen kombinerar kemoterapi, som håller cellerna i ett strålkänsligt reproduktionstillstånd under en längre tid, med en strålstråle riktad mot tumören. Detta tillvägagångssätt är emellertid ineffektivt om inte en viss strålningströskel når tumören. Och trots de senaste framstegen när det gäller att forma och rikta strålstrålar är det mycket svårt att nå denna tröskel utan att riskera allvarliga biverkningar.

En annan metod som forskare har försökt är att implantera ett radioaktivt prov inkapslat i titan direkt i tumören. Men eftersom titan blockerar all strålning utom gammastrålar, som färdas långt utanför tumören, kan den bara stanna kvar i kroppen en kort tid innan skada på omgivande vävnad förnekar dess syfte.

"Just nu finns det helt enkelt inte ett bra sätt att behandla cancer i bukspottkörteln", säger Schaal, som nu är forskningschef vid Cereius, Inc., en bioteknologisk startup i Durham, North Carolina, som arbetar med att kommersialisera riktad radionuklidterapi genom en annan teknologisk regim.

För att komma runt dessa problem bestämde sig Schaal för att prova en liknande implantationsmetod med hjälp av ett ämne tillverkat av elastinliknande polypeptider (ELP), som är syntetiska kedjor av aminosyror som binds samman för att bilda en gelliknande substans med skräddarsydda egenskaper. Eftersom ELP:er är ett fokus för Chilkoti-labbet, kunde han och kollegor utveckla ett leveranssystem som var väl lämpat för denna uppgift.

ELP:erna finns i flytande tillstånd vid rumstemperatur, men bildar en stabil gelliknande substans i den varmare människokroppen. När ELP:erna injiceras i en tumör tillsammans med ett radioaktivt element, bildar de en liten depå som omsluter radioaktiva atomer. I det här fallet valde forskare att använda jod-131, en radioaktiv isotop av jod, eftersom läkare ofta har använt det i medicinska behandlingar i årtionden och dess biologiska effekter är välkända.

ELP-depån omger jod-131 och förhindrar att den läcker in i kroppen. Jod-131 avger betastrålning som penetrerar biogelen och släpper ut nästan all energi i tumören utan att nå den omgivande vävnaden. Med tiden bryts ELP-depån ner till sina aminosyrakomponenter och absorberas av kroppen -; men inte förrän jod-131 har sönderfallit till en ofarlig form av xenon.

Beta-strålningen förbättrar även stabiliteten hos ELP-biogelen. Detta gör att depån håller längre och kollapsar först när strålningen är förbrukad.”

Jeff Schaal, forskningschef på Cereius, Inc.

I det nya arbetet testade Schaal och hans medarbetare i Chilkoti-labbet den nya behandlingen tillsammans med paklitaxel, ett vanligt använt kemoterapiläkemedel för att behandla olika musmodeller av pankreascancer. De valde cancer i bukspottkörteln eftersom den är notoriskt svår att behandla, och hoppades visa att deras radioaktiva tumörimplantat gav synergistiska effekter med kemoterapi som inte inträffade med relativt kortlivad strålbehandling.

Forskarna testade sitt tillvägagångssätt på möss med cancer precis under huden orsakad av olika mutationer som är kända för att förekomma i bukspottkörtelcancer. De testade det också på möss med tumörer i bukspottkörteln, som är mycket svårare att behandla.

Totalt sett visade testning en svarsfrekvens på 100 % i alla modeller, med tumörer helt eliminerade i cirka 80 % av fallen i tre fjärdedelar av modellerna. Testerna avslöjade också inga direkt uppenbara biverkningar utöver enbart kemoterapi.

"Vi tror att konstant strålning tillåter läkemedlen att interagera starkare med deras effekter än extern strålbehandling tillåter," sa Schaal. "Detta får oss att tro att detta tillvägagångssätt faktiskt kan fungera bättre än extern strålbehandling för många andra typer av cancer."

Tillvägagångssättet är dock fortfarande i tidiga prekliniska stadier och kommer inte att vara tillgängligt för mänsklig användning inom överskådlig framtid. Forskarna säger att deras nästa steg är stora djurstudier där de kommer att behöva visa att tekniken kan utföras korrekt med hjälp av befintliga kliniska verktyg och endoskopitekniker som läkare redan är utbildade i. Om de lyckas kommer de att sikta på en klinisk fas 1-prövning på människor.

"Mitt labb har arbetat med att utveckla nya cancerbehandlingar i nästan 20 år, och det här arbetet är kanske det mest spännande vi någonsin har gjort när det gäller dess potentiella inverkan, eftersom bukspottkörtelcancer i sen skede är omöjlig att behandla och alltid är dödlig." ", sa Chilkoti. "Patienter med cancer i bukspottkörteln förtjänar bättre behandlingsalternativ än vad som är tillgängliga för närvarande, och jag är fast besluten att ta detta till kliniken."

Källa:

Duke University

Hänvisning:

Schaal, JL, et al. (2022) Brachyterapi via en depå av biopolymerbunden 131I synergiserade med nanopartikelpaklitaxel i terapiresistenta bukspottkörteltumörer. Naturlig biomedicinsk teknik. doi.org/10.1038/s41551-022-00949-4.

.