Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Lægemiddelsvamp kan minimere bivirkninger af kræftbehandling

Foreslået tilgang til lægemiddelfangst ved hjælp af en 3D-printet absorber til endovaskulær behandling af leverkræft. Kemoterapimedicinen administreres intra-arterielt via leverarterien (bunden). Overskydende medicin fanges af den foreslåede absorber i venen, der dræner organet. Kredit:UCSF -grafik

Ved hjælp af svampe indsat i blodbanen for at absorbere overskydende medicin, læger håber at forhindre de farlige bivirkninger af giftige kemoterapimidler eller endda levere højere doser for at slå tumorer tilbage, som leverkræft, der ikke reagerer på mere godartede behandlinger.

"Lægemiddelsvampen" er en absorberende polymerovertrækning af en cylinder, der er trykt i 3D, så den passer præcist til en vene, der fører blodet, der strømmer ud af målorganet-leveren i leverkræft, for eksempel. Der, det ville opsuge ethvert lægemiddel, der ikke absorberes af tumoren, forhindrer den i at nå og potentielt forgifte andre organer.

Ved tidlige forsøg på svin, den polymerovertrukne lægemiddelabsorber optog, gennemsnitlig, 64 procent af et leverkræftlægemiddel - kemoterapimidlet doxorubicin - injiceret opstrøms.

"Kirurger slanger en ledning ind i blodbanen og placerer svampen som en stent, og lad det bare ligge i den tid, du giver kemoterapi, måske et par timer, "sagde Nitash Balsara, professor i kemisk og biomolekylær teknik ved University of California, Berkeley, og en fakultetsforsker ved Lawrence Berkeley National Laboratory.

"Fordi det er en midlertidig enhed, der er en lavere bar med hensyn til godkendelse af FDA, "sagde Steven Hetts, en interventionel radiolog ved UC San Francisco, der først henvendte sig til Balsara på jagt efter en måde at fjerne medicin fra blodbanen. "Jeg tror, ​​at denne type kemofilter er en af ​​de korteste veje til patienter."

De fleste lægemidler mod kræft er giftige, så læger går en delikat linje, når de administrerer kemoterapi. En dosis skal være tilstrækkelig til at dræbe eller stoppe væksten af ​​kræftceller, men ikke høj nok til uopretteligt at skade patientens andre organer. Ikke desto mindre, kemoterapi ledsages typisk af store bivirkninger, herunder kvalme, opkastning, diarré og undertrykkelse af immunsystemet, for ikke at tale om hårtab og sår.

"Vi udvikler dette omkring leverkræft, fordi det er en stor trussel mod folkesundheden-der er titusindvis af nye tilfælde hvert år-og vi behandler allerede leverkræft ved hjælp af intra-arteriel kemoterapi, "Sagde Hetts." Men hvis du tænker over det, du kan bruge denne tilgang til enhver tumor eller enhver sygdom, der er begrænset til et organ, og du vil absorbere stoffet på den venøse side, før det kan distribuere og forårsage bivirkninger andre steder i kroppen. I sidste ende vil vi gerne bruge denne teknologi i andre organer til behandling af nyretumorer og hjernetumorer. "

Hetts, Balsara og deres kolleger på UC Berkeley, UCSF og University of North Carolina, Chapel Hill, offentliggør deres resultater online 9. januar i tidsskriftet ACS Central Science , en open-access publikation fra American Chemical Society.

Blidere behandlinger

Hetts, chefen for interventionel neuroradiologi ved UCSF Mission Bay Hospitaler, behandler tumorer i øjet og hjernen ved at trække katetre gennem blodbanen for at levere kemoterapimediciner direkte til tumorens sted. Dette leverer den maksimale dosis til tumoren og den mindste dosis til resten af ​​kroppen, minimering af bivirkninger. Det er en stor forbedring i forhold til at injicere kemoterapilægemidler direkte ind i blodbanen, som gør det muligt for lægemidlerne at nå og forgifte alle dele af kroppen og gambler på, at tumoren bukker under for patienten. Alligevel, typisk undslipper mere end halvdelen af ​​den dosis, der injiceres i kroppen, målorganet.

For flere år siden, han begyndte at tænke på en større forbedring:filtrering af blodet, der kommer ud af det målrettede organ for at fjerne overskydende kemo, så meget mindre af stoffet når kroppen som helhed.

Leverkræftbehandling er gået frem fra intravenøs levering af kemoterapimedicin, som påvirker ikke kun tumoren og leveren, men også organer i hele kroppen (rød, venstre), til intra-arteriel kemo (i midten), som begrænser spredningen af ​​stoffet, selvom op til halvdelen stadig kan forlade leveren for at forgifte resten af ​​kroppen. Den foreslåede absorber vil opsuge ubrugt lægemiddel, der kommer fra leveren, drastisk reducering af uønskede virkninger på andre organer (højre). Kredit:Anand Patel, MD, UCSF

Balsara, en kemiingeniør, der har specialiseret sig i ioniske polymerer til batterier og brændselsceller, er en af ​​de mennesker, Hetts henvendte sig til for at finde en passende absorber til at putte i blodbanen. I 2016, tidligere UC Berkeley og Berkeley Lab postdoktor Chelea Chen identificerede en ionisk polymer, ikke ulig polymerer, der bruges i brændselsceller, der effektivt absorberer doxorubicin,

"En absorber er et standard kemisk ingeniørkoncept, "Balsara sagde." Absorbere bruges i petroleumraffinering til at fjerne uønskede kemikalier, såsom svovl. Bogstaveligt talt, Vi har taget konceptet ud af petroleumraffinering og anvendt det til kemoterapi. "

Denne polymer førte Balsaras team til en kommerciel version af den absorberende polymer, der var lettere at opnå i store mængder, og Berkeley postdoc Hee Jeung Oh tilbragte mere end et år med at perfektionere en måde at klæbe polymeren på en 3-D-trykt cylinder med krydsende stivere, der kunne placeres inde i en persons vene.

"Montering af cylinderen i venen er vigtig; hvis pasformen er dårlig, så vil blodet med det opløste lægemiddel strømme forbi cylinderen uden at interagere med det absorberende middel, "Balsara sagde. I erkendelse af behovet for at tilpasse enheden til individuelle patienter, Balsara bad om hjælp fra en mangeårig samarbejdspartner, Joseph DeSimone, administrerende direktør for Carbon, Inc., et 3D-trykkeri i Redwood City.

En enhed testet hos grise kan absorbere kemoterapimedicin (leveret med sprøjte) fra blodbanen, efter at de har udført deres arbejde i en tumor. Kredit:Hee Jeung Oh

I forsøgene rapporteret i ACS Central Science , Hetts implanterede den 3D-trykte enhed i en gris vene og målte, hvor meget af doxorubicin, der blev injiceret opstrøms, der forblev nedstrøms for absorberen. I en sund gris, omkring 64 procent af stoffet blev fjernet.

De er i øjeblikket midt i eksperimenter for at bestemme, hvor meget lægemiddel der absorberes, når enheden implementeres ved udgangen af ​​en sund svinelever, selvom den sande test vil være hos mennesker, måske om et par år, Sagde Hetts.

"Dette er et første niveau in vivo -validering, at ja, denne enhed vil binde medicin i blodbanen, "sagde han." Men omfattende dyreforsøg er ikke den næste vej; den næste vej er at få betinget godkendelse fra FDA til at lave first-in-human undersøgelser, fordi det er meget mere realistisk at teste disse hos mennesker, der har kræft i modsætning til at fortsætte med at teste hos unge grise, der ellers har sunde lever. "

Hetts siger, at teknikken er bedre end en anden leverkræftbehandling, der nu testes, som kræver større endovaskulær kirurgi for fuldstændigt at blokere output fra leveren med balloner og omdirigere det udstrømmende blod til en ekstern dialysemaskine, hvor stoffet fjernes og blodet returneres til kroppen.

"Der er masser af muligheder for at udvikle mindre invasive apparater, der vil binde stoffet på en skånsomere måde, " han sagde.

Lægemiddelsvampe kan anvendes på mange typer tumorer og kemoterapimediciner, Hetts sagde, og kan potentielt bruges til at opsøge andre farlige stoffer, såsom kraftfulde antibiotika, der er giftige for nyrerne, men som er nødvendige for at dræbe et patogen.

"Vi synes, at dette er et generelt anvendeligt koncept, " han sagde.


Varme artikler