Skematisk viser, hvordan væsker indeholdende kræftceller i æggestokkene kunne fjernes fra kroppen, behandlet med magnetiske nanopartikler for at fjerne cellerne, vendte derefter tilbage til kroppen. (Med tilladelse fra Ken Scarberry)
(PhysOrg.com) -- Et papir offentliggjort i januarudgaven af tidsskriftet Nanomedicin kunne danne grundlaget for en ny behandlingsmulighed for ovariecancer - en, der ville bruge en filteranordning uden for kroppen til at fjerne en stor del af de fritsvævende cancerceller, der ofte skaber sekundære tumorer.
Forskere ved Georgia Institute of Technology har dannet et startup-firma og arbejder sammen med et medicinsk udstyrsfirma for at designe et prototypebehandlingssystem, der vil bruge magnetiske nanopartikler, der er udviklet til at fange kræftceller. Tilsat væsker fjernet fra en patients mave, de magnetiske nanopartikler ville låse sig fast på de frit svævende kræftceller, tillader både nanopartikler og kræftceller at blive fjernet med magnetiske filtre, før væskerne returneres til patientens krop.
Hos mus med fritsvævende æggestokkræftceller, en enkelt behandling med en tidlig prototype af det nanopartikel-magnetiske filtreringssystem fangede nok af kræftcellerne til, at de behandlede mus levede næsten en tredjedel længere end ubehandlede. Forskerne forventer flere behandlinger for at forlænge levetidsfordelen, selvom yderligere forskning vil være nødvendig for at dokumentere det - og bestemme de bedste behandlingsmuligheder.
"Næsten ingen dør af primær æggestokkræft, sagde John McDonald, en professor ved Georgia Tech's School of Biology og chefforsker ved Atlantas Ovarian Cancer Institute. "Du kan fjerne den primære kræftsygdom, men problemet er metastaser. En stor del af metastaserne i kræft i æggestokkene kommer fra kræftceller, der trænger ned i bughulen og spreder sygdommen på den måde."
Fjernelsessystemet, der udvikles af McDonald og postdoktor Ken Scarberry – som også er administrerende direktør for startup-virksomheden Sub-Micro – skulle bremse tumorprogression hos mennesker. Det kan reducere antallet af fritflydende cancerceller nok til at andre behandlinger, og kroppens eget immunsystem, kunne holde sygdommen under kontrol.
"Hvis du kan reducere metastaser, du kan forbedre levetiden for personen med sygdommen og få en bedre chance for at behandle den effektivt, " sagde McDonald. "Et mål er at gøre kræft til en kronisk sygdom, der effektivt kan behandles over en længere periode. Hvis vi ikke kan helbrede det, måske kan vi hjælpe folk til at leve med det."
Tidligere in vitro undersøgelser offentliggjort af forfatterne af Nanomedicine-papiret viste, at de magnetiske nanopartikler selektivt kunne fjerne humane ovariekræftceller fra ascitesvæske, som opbygges i bughulen hos patienter med kræft i æggestokkene. Nanopartiklerne er konstrueret med ligander, der giver dem mulighed for selektivt at binde sig til kræftceller.
Forskerne mener, at behandling af væske, der er fjernet fra kroppen, undgår potentielle toksicitetsproblemer, der kan være et resultat af at indføre nanopartiklerne i kroppen, selvom yderligere undersøgelser er nødvendige for at bekræfte, at behandlingen ikke ville have nogen bivirkninger.
Den nyligt rapporterede undersøgelse i Nanomedicine brugte tre sæt hunmus til at studere fordelene ved det nanopartikel-magnetiske filtreringssystem. Hver mus blev injiceret med cirka 500, 000 murine ovariecancerceller, som formerer sig hurtigt - hver celle fordobles inden for cirka 15 timer.
Magnetiske nanopartikler suspenderet i en væske tiltrækkes af en magnet. Nanopartiklerne kunne bindes til kræftceller og derefter fjernes fra kroppen med magnetisk filtrering. Kredit:Kredit:Gary Meek
I forsøgsgruppen, forskerne - som inkluderede forsker Roman Mezencev - fjernede væske fra musenes underliv umiddelbart efter injektion af kræftcellerne. De tilføjede derefter de magnetiske nanopartikler til væsken, lod dem blande, derefter magnetisk fjernet nanopartiklerne sammen med de vedhæftede kræftceller, før væsken returneres. Trinnene blev gentaget seks gange for hver mus.
En kontrolgruppe modtog slet ingen behandling, mens en anden kontrolgruppe gennemgik samme behandling som forsøgsgruppen - men uden de magnetiske nanopartikler. Mus i de to kontrolgrupper overlevede en median på 37 dage, mens de behandlede mus levede 12 dage længere - en stigning på 32 procent i levetiden.
Selvom der skal laves meget mere forskning, før teknikken kan testes på mennesker, McDonald og Scarberry forestiller sig et system, der ligner det, nyredialysepatienter nu bruger, men med en bufferopløsning cirkuleret gennem bughulen for at opfange kræftcellerne.
"Det, vi udvikler, er beslægtet med hæmofiltration eller peritonealdialyse, hvor patienten kunne komme ind på en klinik og blive tilsluttet enheden et par gange om ugen, " sagde Scarberry. "Behandlingen er ikke stærkt invasiv, så det kunne gentages ofte."
Den nye behandling kunne bruges sammen med eksisterende kemoterapi og stråling. Reduktion af antallet af fritflydende kræftceller kunne tillade en reduktion af kemoterapi, som ofte har invaliderende bivirkninger, sagde Scarberry. Det nye behandlingssystem kunne bruges til at fange spildte kræftceller umiddelbart efter operation på en primær tumor.
Forskerne håber at have en prototype cirkulations- og filtreringsenhed klar til test inden for tre år. Derefter vil der komme undersøgelser af det bedste behandlingsregime, at undersøge spørgsmål som antallet af magnetiske nanopartikler, der skal bruges, antal behandlinger og behandlingsafstand. Hvis de lykkes, virksomheden vil arbejde sammen med FDA om at designe humane kliniske forsøg.
Forskerne studerede også, hvordan deres magnetiske nanopartikler kunne konstrueres til at fange æggestokkræftstamceller, som ikke er påvirket af eksisterende kemoterapi. Fjernelse af disse celler kan hjælpe med at eliminere en potent kilde til nye kræftceller.
Forskningen er blevet støttet af Georgia Research Alliance (GRA), Ovarian Cancer Institute, Robinson Family Foundation og Deborah Nash Harris Endowment. Medlem af Georgia Techs ATDC startup accelerator-program og en GRA VentureLab-virksomhed, Sub-Micro har også rejst privat finansiering for at støtte sin prototypeudvikling.
Udfordringer forude omfatter at sikre, at nanopartikler ikke kan omgå filtreringssystemet for at komme ind i kroppen, og kontrol af risikoen for infektion forårsaget af åbning af bughulen.
Ud over kræft, forskerne mener, at deres tilgang kan være nyttig til behandling af andre sygdomme, hvor en reduktion i cirkulerende cancerceller eller viruspartikler kunne være nyttig. Brug af magnetiske nanopartikler konstrueret til at fange HIV kan hjælpe med at reducere viralt indhold i blodbanen, for eksempel.
"En teknologi som denne har mange forskellige muligheder, " sagde Scarberry. "Vi er i øjeblikket ved at udvikle teknologien til at kontrollere den metastatiske spredning af kræft i æggestokkene, men når vi først har en enhed, der effektivt og effektivt kan isolere kræftceller fra cirkulerende væsker, inklusive blod, vi ville have andre muligheder."