Tipul avansat de nanoparticule ar putea ajuta la combaterea cancerelor greu de tratat

Tipul avansat de nanoparticule ar putea ajuta la combaterea cancerelor greu de tratat

Nanoparticulele, sau moleculele minuscule care pot furniza o cantitate utilă de medicamente și alți agenți, sunt promițătoare pentru tratarea cancerului. Oamenii de știință le pot construi în diferite forme din diferite materiale, adesea sub formă de structuri poroase, asemănătoare cristalelor, formate dintr-o rețea de metal și compuși organici, sau sub formă de capsule care înglobează conținutul lor într-o înveliș. Atunci când aceste particule sunt injectate într-o tumoare, ele pot oferi tratamente care atacă celulele canceroase în mod direct sau pot completa alte tratamente, cum ar fi imunoterapia și radiațiile.

Într-un efort comun între specialiști în cancer și chimiști, cercetătorii de la Universitatea din Chicago au formulat un tip avansat de nanoparticule care poartă un compus derivat din bacterii care vizează o cale puternică de semnalizare a sistemului imunitar numită STING. Particulele perturbă structura vaselor de sânge a tumorii și stimulează un răspuns imun. Această abordare ajută, de asemenea, la depășirea rezistenței la tratamentele de imunoterapie în anumite tumori pancreatice și, de asemenea, îmbunătățește răspunsul la radioterapie în glioame.

Aceasta a fost o colaborare neobișnuită între medicină și chimia anorganică pentru a aborda această nevoie nesatisfăcută de a trata tumorile care nu pot fi tratate cu terapie convențională. Am reușit să furnizăm un imunostimulant care în sine are activitate antitumorală și a permis radiațiile și imunoterapia să vindece aceste tumori.”

Ralph Weichselbaum, MD, Daniel K. Ludwig Profesor de serviciu distins și președinte de radiații și oncologie celulară la UChicago

Studiul, „Nanoparticulele de zinc ciclodi-AMP vizează și suprimă tumorile prin activarea STING endotelială și revigorarea macrofagelor asociate tumorii”, a fost publicat pe 26 octombrie 2022 în Nature Nanotechnology.

Tumori reci, fierbinți și mai fierbinți

Ca întotdeauna în cazul cancerului, unele tumori se dovedesc rezistente chiar și la cele mai moderne tratamente. Imunoterapia dezlănțuie sistemul imunitar al organismului pentru a găsi și distruge celulele canceroase, dar tumorile trebuie să fie „fierbinte” sau inflamate pentru ca aceste tratamente să fie eficiente. Așa-numitele tumori „rece”, care nu sunt inflamate, se pot ascunde de sistemul imunitar, dar continuă să crească și să formeze metastaze.

În două studii publicate în 2014, Weichselbaum și alți cercetători de la UChicago au arătat că șoarecii lipsiți de o cale proteică numită STING nu au dezvoltat un răspuns imunitar eficient la cancer atunci când sunt combinați cu imunoterapie sau tratament cu radiații în doze mari. STING, prescurtare de la Stimulator of Interferon Genes Complex, este o parte crucială a procesului pe care se bazează sistemul imunitar pentru a detecta amenințările - cum ar fi infecțiile sau celulele canceroase - caracterizate prin prezența ADN-ului care este deteriorat sau în locul greșit, în interiorul celulei, dar în afara nucleului.

De atunci, STING a devenit o țintă tentantă pentru tratamentele de încălzire a tumorilor reci și de a face mai fierbinți tumorile deja fierbinți. Cu toate acestea, acest lucru a fost o provocare, deoarece medicamentele care stimulează calea STING sunt de obicei foarte mici și solubile în apă. Când sunt injectate intravenos, sunt excretați rapid prin filtrare renală și în doze mari pot provoca toxicitate la țesuturile normale.

Wenbin Lin, PhD, James Franck Profesor de Chimie la UChicago, este specializat în construirea de nanostructuri care pot furniza o varietate de compuși la tumori. Nanoparticulele tind să rămână prinse în tumori din cauza sistemelor vasculare și limfatice încurcate, permițându-le să livreze mai multe încărcături utile exact acolo unde sunt necesare. Lin a dezvoltat un nou tip de particule numite polimeri de coordonare la scară nanometrică (NCP) care au un miez netoxic de fosfat de zinc înconjurat de straturi lipidice. Aceste NCP au avantajul că pot fi proiectate pentru eliberare controlată, crescând și mai mult depunerea de medicamente în tumori.

Lin, care este pregătit ca chimist anorganic, spune că experiența sa în dezvoltarea particulelor cu proprietăți diferite îl pune într-o situație unică atunci când lucrează la tratamente medicale. "Este o tehnologie unică, care este bine potrivită pentru livrarea multor medicamente. Știm deja cum să modificăm suprafața, astfel încât acestea să poată circula în sânge și să nu fie înghițite de macrofage", a spus el.

O tehnologie versatilă

În noul studiu, echipele lui Weichselbaum și Lin au încărcat NCP-urile cu o nucleotidă numită adenozin monofosfat dimeric ciclic (CDA). CDA este o bucată de ADN pe care bacteriile o produc atunci când invadează o gazdă; Apariția sa bruscă – fie printr-o infecție, fie printr-o nanoparticulă – declanșează calea STING și răspunsul imun înnăscut al gazdei pentru a lupta împotriva cancerului.

Acest răspuns imunitar îmbunătățit a atacat tumorile într-o varietate de moduri, suprimând creșterea tumorii și prevenind metastazele în mai multe tipuri de cancer. A distrus celulele endoteliale din vasele de sânge ale tumorilor și a crescut și mai mult depunerea de CDA în tumori. În mod surprinzător, a îmbunătățit, de asemenea, capacitatea macrofagelor asociate tumorilor care au infiltrat tumori de a prezenta antigene care le marchează pentru atacul celulelor T antitumorale.

În plus, această abordare a făcut ca tumorile pancreatice reci, neinflamate, să fie mai susceptibile la tratamentul cu imunoterapie. De asemenea, a fost eficient împotriva gliomului prin traversarea eficientă a barierei hematoencefalice pentru a inversa rezistența la imunoterapie și a spori efectele tratamentelor cu radiații.

"Aceasta este partea genială a acestor nanoformulări. Am reușit să încapsulăm un agonist STING care este extrem de puternic și promovează atât imunitatea înnăscută, cât și cea adaptativă", a spus Weichselbaum.

Lin, care a fondat o companie start-up numită Coordination Pharmaceuticals pentru a dezvolta NCP-uri, este încântată de potențialul lor pentru aplicații clinice ulterioare.

„Acest lucru are un potențial uriaș, deoarece nu ne limităm la un singur compus. Putem formula alte nucleotide și putem folosi alte medicamente în același NCP”, a spus el. „Tehnologia este versatilă și căutăm modalități de optimizare a formulărilor pentru a aduce mai mulți candidați NCP în studiile clinice. Micile startup-uri pot avansa candidații clinici în mult mai puțin timp decât marile companii farmaceutice”.

Sursă:

Universitatea din Chicago

Referinţă:

Yang, K., și colab. (2022) Nanoparticulele di-AMP ciclice de zinc vizează și suprimă tumorile prin activarea STING endotelială și resuscitarea macrofagelor asociate tumorii. Nanotehnologia naturii. doi.org/10.1038/s41565-022-01225-x.

.