Røntgenfluorescenskortlægning for at måle tumorpenetration af et nyt anticancermiddel

Et nyt anticancermiddel udviklet af University of Warwick er blevet undersøgt ved hjælp af mikrofokus synkrotron røntgenfluorescens (SXRF) ved I18 ved Diamond Light Source. Som beskrevet i Journal of Inorganic Biochemistry , forskere så, at stoffet trængte ind i æggestokkræftcellernes sfæroider, og fordelingen af ​​zink og calcium blev forstyrret.

Platinbaserede kemoterapimidler bruges til at behandle mange kræftpatienter, men nogle kan udvikle modstand mod dem. For at løse dette problem, forskere fra University of Warwick søgte at anvende alternative ædelmetaller. De udviklede et osmium-baseret middel, kendt som FY26, som udviser høj styrke mod en række kræftcellelinjer. For at frigøre dette nye middels potentiale og teste dets effektivitet og sikkerhed i kliniske forsøg, holdet skal fuldt ud forstå dets virkemekanisme.

For at udforske, hvordan FY26 opfører sig i tumorer, holdet dyrkede æggestokkræftsfæroider og brugte SXRF ved I18 til at undersøge dybden af ​​indtrængning af lægemidlet. De bemærkede, at FY26 kunne trænge ind i kernerne af sfæroiderne, hvilket er afgørende for dets aktivitet og meget opmuntrende for stoffets fremtid. SXRF gjorde dem også i stand til at sondere andre metaller i cellerne, som viste, at fordelingen af ​​zink og calcium blev ændret, giver ny indsigt i mekanismen for FY26-induceret celledød.

Alternativt kræftmiddel

I øjeblikket involverer nogle af de mest effektive kræftbehandlinger platinbaserede lægemidler, som bruges hos næsten halvdelen af ​​alle kræftpatienter, som har behov for kemoterapi. Imidlertid, modstand mod platinforbindelser er stigende, og som sådan er der et presserende behov for at finde alternative kræftmidler.

Et hold videnskabsmænd fra University of Warwick vendte deres opmærksomhed mod andre typer ædle metaller og udviklede en række organo-osmiumkomplekser. En af dem, kaldet FY26, skilte sig ud i tidlige eksperimenter, og når de blev screenet af Sanger Institute mod over 800 kræftcellelinjer, udviste 49 gange større styrke end nuværende platinbehandlinger.

In vitro undersøgelser udført af forskerne ved Warwick viste også, at FY26 havde en anden virkningsmekanisme end platinbehandlinger, men de nøjagtige detaljer herom var ukendte. Holdet håber at fremme lægemidlet i kliniske forsøg, men har brug for at forstå, hvordan det fungerer, og hvordan det kommer ind i kræftceller.

Lead investigator og postdoc-forsker ved University of Warwick, Dr. Carlos Sanchez-Cano, uddybede deres mål:"Vi vidste, at forbindelsen trænger ind i celler og er koncentreret i det indre (sandsynligvis i mitokondrierne), men en af ​​de ting, vi ikke vidste, var, hvordan stoffet ville opføre sig i en tumor. Røntgenfluorescens gjorde det muligt for os at demonstrere, at vores forbindelse faktisk trænger ind i kernen af ​​en tumor."

God opløsning og høj følsomhed

Holdet dyrkede æggestokkræftceller til sfæroider (ca. 600 μm i diameter), som de brugte som simple tumormodeller til deres eksperimenter. De behandlede sfæroiderne med fysiologisk relevante niveauer af FY26 og brugte røntgenfluorescens ved I18 for at kortlægge lægemidlets placering nøjagtigt.

"I18 er en mikrofokusstrålelinje, så størrelsen af ​​strålen kan fokuseres op til 2x2 μm2, hvilket gjorde det muligt for os at se nærmere på tumoren. Det problem, vi har, er, at koncentrationerne af lægemidlet er ret lave i biologiske prøver, så vi har brug for god følsomhed. I18 kombinerer god opløsning med høj følsomhed, som giver os mulighed for at opdage vores lægemiddel i tumormodellen, " forklarede Dr. Sanchez-Cano.

Derudover Røntgenfluorescens gjorde det også muligt for holdet at kortlægge flere forskellige elementer på samme tid. I den samme scanning indhentede de information om flere grundstoffer såsom zink og calcium for at undersøge deres fordeling.

Trængte ind i den indre kerne

Utroligt nok så holdet, at deres lægemiddel trængte ind i den indre kerne af sfæroiderne, og dybden af ​​penetration var relateret til lægemidlets inkubationstid. De observerede også forstyrrelsen af ​​andre metaller i tumormodellerne for at få vigtig indsigt i virkningsmekanismen for FY26.

Hovedforsker af undersøgelsen og professor i kemi ved University of Warwick, Professor Peter Sadler, beskrev deres observationer:"Calcium blev forstyrret af lægemidlet, og det kunne have indikationer for virkningsmekanismen. Faktisk, der er kendetegn ved immunogen celledød med den største frigivelse af reaktive oxygenarter og bevægelsen af ​​calcium fra det endoplasmatiske reticulum. Vi ser også en ændring i fordelingen af ​​zink, hvilket indikerer, at kernens struktur er svækket."

Holdet undersøger nu levering af dette lægemiddel ved hjælp af nanopartikler, og de vil udføre fremtidige synkrotronundersøgelser af disse leveringssystemer. De planlægger også at bruge I14 til at fokusere ned i organeller for at observere stoffet i individuelle mitokondrier.

Holdet er ved begyndelsen af ​​en lang rejse med organo-osmium-komplekset og tager de foreløbige skridt til præklinisk testning, har netop afsluttet en toksikologisk undersøgelse. Den værdifulde information indsamlet af denne undersøgelse på Diamond vil hjælpe med at informere disse fremtidige forsøg for at fremme dette nye anticancermiddel.