Pt(IV)-konjugiertes Drug-Delivery-System zeigt Wirksamkeit in der Glioblastom-Therapie

Eine kürzlich veröffentlichte Studie in der Zeitschrift für kontrollierte Freisetzung demonstrierten eine neuartige Methode zur Abgabe von Krebsmedikamenten, die an modifizierte zellgängige Peptide konjugiert sind, über die Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​bei Mäusen zur Behandlung von Glioblastomen (GBM).

Lernen: Ein Pt(IV)-konjugiertes makrozyklisches Peptid, das in das Gehirn eindringt, zeigt vorklinische Wirksamkeit bei Glioblastom. Bildquelle: April Lager/Shutterstock

Hintergrund

Wie die meisten Tumore entwickeln sich Gehirntumore aufgrund einer abnormalen Zellproliferation; sie können krebsartig oder nicht krebsartig sein. Es gibt zwei Arten von primären Hirntumoren: Glia (bestehend aus Gliazellen) und Nicht-Glia (in der Nähe von Nerven, Blutgefäßen oder Drüsen). Gliome sind Hirntumore, die von Gliazellen ausgehen. Das Glioblastom (GBM) ist der häufigste, bösartigste (krebsartige) und tödlichste aller Gliatumoren; Die meisten GBM-Patienten leben nur etwa 15 Monate nach der Diagnose. Die 5-Jahres-Überlebensrate von GBM liegt unter 5 %.

Eine große Herausforderung bei der Behandlung von Hirntumoren ist die Fähigkeit, Therapeutika durch die BHS zu transportieren, ein Netzwerk aus Blutgefäßen und Zellen, das das Gehirn vor schädlichen Substanzen schützt. Es wurde beobachtet, dass krebsbekämpfende Medikamente die BHS nicht in therapeutisch wirksamen Mengen durchdringen können. Medikamente mit nachgewiesener Anti-Krebs-Wirksamkeit zeigen keine große Wirkung auf die Ergebnisse von Hirntumoren, was wahrscheinlich auf die selektive Durchdringbarkeit der BHS zurückzuführen ist.

Das Standard-Krebsmanagement umfasst die chirurgische Tumorentfernung, gefolgt von einer Strahlentherapie und einer Chemotherapie mit Temozolomid (TMZ). Im ersten Jahr nach der Diagnose kommt es bei den meisten Patienten zu einem Tumorrezidiv. Cisplatin wird aufgrund seiner Fähigkeit, die Desoxyribonukleinsäure (DNA) durch Inter- oder Intra-Strang-Crosslinks zu zerstören, häufig zur Behandlung verschiedener Arten von Tumoren verwendet.

Cisplatin und andere platinbasierte Medikamente gelten jedoch nicht als wirksam zur Behandlung von GBM, da sie die BBB nicht durchdringen können. Aus ähnlichen Gründen bieten aktuelle Krebsmedikamente wenig therapeutischen Nutzen für GBM-Patienten. Es wurde vorgeschlagen, dass die Verbesserung der BHS-Durchdringbarkeit von enormem Wert sein kann, da dies größere intratumorale Arzneimittelkonzentrationen ermöglichen könnte.

Es ist möglich, die dem GBM zugeführten Arzneimittelmengen zu erhöhen, indem direkte intraventrikuläre Injektionen und implantierbare Arzneimittel wie Gliadel-Wafer verwendet werden, die unmittelbar nach der Operation direkt in die Tumorresektionskavität eingeführt werden können.

Mit hyperosmotischen Lösungen oder gezieltem Ultraschall kann die BHS vorübergehend durchlässig gemacht werden. Alternativ sind nicht-invasive Verabreichungsmethoden für das Zentralnervensystem (ZNS) vielversprechend, und mehrere solcher Modalitäten befinden sich derzeit in präklinischen Studien. Darunter sind Nanopartikel, die die BHS durchdringen, liposomale Formulierungen und peptidbasierte Abgabesysteme, beispielsweise zellpenetrierende Peptide (CPPs).

Mit Arzneimitteln konjugierte Peptide entwickeln sich zu wichtigen therapeutischen Mitteln bei der Behandlung verschiedener Krankheiten, einschließlich Krebs. Peptide sind bei Gehirntumoren wirksam, da sie eine inhärente Fähigkeit besitzen, Membranen zu durchdringen und Gewebe zu durchdringen.

Zuvor schufen die Forscher M13 – ein Derivat von CPP Transportan 10 (TP10), das durch Hinzufügen eines Perfluoraryl-Makrocyclus zu letzterem synthetisiert wurde. Diese Veränderung ermöglicht in vitro eine bessere Durchdringbarkeit durch die dreidimensionalen BBB-Sphäroide und verursacht in vivo eine Akkumulation im Mausgehirn. Pt(IV)-M13 erleichtert den Platintransport in das Gehirngewebe gesunder Mäuse nach Konjugation an cis,cis,trans-[Pt (NH3)2Cl2(OH)2]eine Pt(IV)-Prodrug-Form von Cisplatin.

Platin ist durch induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) leicht nachweisbar – eine Technologie, mit der winzige Mengen von Metallen in biologischem Gewebe quantifiziert werden können.

Die Studium

In der aktuellen Studie untersuchten die Forscher den Transport von Platin durch die Pt(IV)-M13-Kombination in einem BBB-Sphäroid-Modell in vitro sowie im gesunden Gehirn und Tumor eines Maus-GBM-Xenograft-Modells.

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Hier Herstellung und anfängliche Charakterisierung von wirkstoffkonjugiertem Peptid [Pt(IV)-M13] wurden aufgeführt. Die Zytotoxizität von Pt(IV) wurde bewertet, indem seine Wirkungen auf als Neurosphären kultivierte GBM-Zelllinien mit denen von Pt(IV) ohne Konjugation und Cisplatin verglichen wurden. Ein dreidimensionales BBB-Sphäroidmodell, das die BBB simuliert, wurde verwendet, um in vitro das Eindringen von Arzneimitteln und Peptiden durch die BBB zu analysieren.

Eine quantitative Analyse der Platinmengen in GBM-Tumor-tragenden Mäusen wurde unter Verwendung von ICP-MS durchgeführt, um die BHS-durchdringenden Eigenschaften und Bioverteilung von Platin zu bestimmen.

Pt(IV)-M13-Konjugat wurde tumortragenden Nacktmäusen verabreicht, um die Pharmakokinetik der Platinakkumulation in gesundem Gehirn und Tumorgewebe zu untersuchen. Im Laufe der Zeit wurde eine ICP-MS-Analyse von Hirngewebe und Tumorgewebe durchgeführt. Ein konstanter Referenzdosierungsplan von 5 mg/kg Cisplatin wurde gewählt, um die Pharmakologie des Arzneimittel-konjugierten Peptids zu bewerten.

Arzneimittelkonjugierte Peptide wurden mittels konfokaler Immunfluoreszenzmikroskopie analysiert, um den DNA-Schadensmarker – γH2AX – nachzuweisen. Die gleichzeitige Gabe von Pt(IV)-Prodrugs mit Cisplatin erfolgte mit der maximal tolerierten Dosis (MTD) von 5 mg/kg – mit ansteigenden Dosen.

Unter Verwendung eines vierwöchigen Behandlungsplans mit einer Anfangsdosis von 5–30 mg des arzneimittelkonjugierten Peptids wurden die Wirkungen der höchsten tolerierten Dosis (15 mg/kg, zweimal wöchentlich) auf das Tumorwachstum in den GBM-Tiermodellen bewertet. Die Forscher führten während der Therapie (20 Tage nach der Tumorimplantation) eine MRT-Studie durch, um das Tumorwachstumsverhalten zwischen den Gruppen zu vergleichen, während die Kontrollgruppe damit begann, vorgegebene Wachstumsziele zu erreichen.

Ergebnisse

Es wurde festgestellt, dass im Vergleich zu Pt(IV) allein die Konjugation des Pt(IV)-Prodrugs an das M13-Peptid die Zytotoxizität von Pt(IV) signifikant erhöhte und das Neurosphärenwachstum in GBM-Zelllinien verringerte. Es wurde in vitro gezeigt, dass das Wirkstoff-konjugierte Peptid GBM-Zellen effektiv tötete.

Darüber hinaus war die Platinabsorption bei BBB-Sphäroiden, die nur mit Cisplatin oder Pt(IV)-Prodrugs behandelt wurden, begrenzt. Die Platinabsorption nahm jedoch im BBB-Sphäroidmodell zu, wenn Pt(IV)-Prodrugs mit M13-Peptiden konjugiert wurden. Dies implizierte, dass das Wirkstoff-konjugierte Peptid die BBB-Sphäroide effizient passierte.

Die Behandlung mit medikamentenkonjugierten Peptiden erhöhte die Aufnahme von Platin im Vergleich zu Cisplatin in gesundem Hirngewebe signifikant und in Tumorgewebe um das Achtfache. Laut dieser Studie führte die Konjugation von M13 an ein Pt(IV)-Prodrug zu einer verstärkten Platinaufnahme über die Bluthochdruckröhre und erhöhten Platinkonzentrationen im Gehirn und im Tumor. In der Zwischenzeit zeigten die Lungen und Nieren, die Hauptorte der Platin-Medikamentenakkumulation, keine signifikanten Unterschiede.

Fünf Stunden nach der Injektion des medikamentenkonjugierten Peptids Pt(IV)-M13 erreichte die Platinakkumulation im gesunden Gehirn und Gewebe ihr Maximum. Mit der Verabreichung des Arzneimittel-konjugierten Peptids war keine signifikante Gewichtszunahme verbunden. Die Daten zeigten auch, dass Mäuse erhöhte Dosierungen von Pt(IV)-M13 gut vertragen.

Darüber hinaus zeigten weder die Dosis noch der Zeitpunkt signifikante Unterschiede, was darauf hindeutet, dass diese Dosen für Nacktmäuse sicher und für explorative Überlebensstudien geeignet sind.

Es wurde auch festgestellt, dass erhöhte Platinspiegel in Kombination mit einer Pt(IV)-M13-Behandlung die DNA-Schädigung in Tumoren verstärkten, was vermutlich zu der beobachteten Verbesserung des Überlebens beiträgt. Die Autoren zeigten erstmals, dass die Kopplung eines Cisplatin-Prodrugs (Pt(IV)) an ein makrozyklisches zellgängiges Peptid (M13) wirksam war.

Diese Ergebnisse zeigten, dass die Konjugation von Cisplatin mit einem makrozyklischen zellpenetrierenden Peptid (M13) eine wirksame Dosierung bei Mäusen ermöglicht – mit dreimal höheren MTDs als Cisplatin allein, was zu erheblichen Überlebensvorteilen führt.

Fazit

Die Ergebnisse zeigten, dass die systemische Injektion eines Pt(IV)-Komplexes, der mit einem makrozyklischen Peptid konjugiert ist, das in das Gehirn eindringt, die Platinspiegel im Gehirn erhöhen und das Überleben in Maus-GBM-Modellen verlängern kann.

Mit Perfluoraryl-Makrozyklen geheftete CPPs zeigen vielversprechende Ergebnisse, wenn sie als Arzneimittelabgabevehikel für die Trans-BBB-Hirntumorbehandlung verwendet werden. Darüber hinaus ist Pt(IV)-M13 eine vielversprechende Strategie für die systemische Verabreichung von GBM-Chemotherapeutika an das Gehirn, die die Herausforderungen der BBB überwindet, die derzeit die meisten onkologischen Therapien behindern.

Referenz:

• Jimenez-Macias, JL, Lee, Y.-C., Miller, E., et al. (2022). Ein pt(iv)-konjugiertes makrozyklisches Peptid, das in das Gehirn eindringt, zeigt vorklinische Wirksamkeit bei Glioblastom. Zeitschrift für kontrollierte Freisetzung. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168365922007295

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