Forskere kaprer kræftmigreringsmekanisme til at flytte hjernetumorer

En faktor, der gør glioblastomkræft så vanskelig at behandle, er, at ondartede celler fra tumorerne spredes i hele hjernen ved at følge nervefibre og blodkar for at invadere nye steder. Nu, forskere har lært at kapre denne migrationsmekanisme, vende det mod kræften ved at bruge en film af nanofibre, der er tyndere end menneskehår, til at lokke tumorceller væk.

I stedet for at invadere nye områder, de migrerende celler låser sig fast på de specialdesignede nanofibre og følger dem til et sted – potentielt uden for hjernen – hvor de kan fanges og dræbes. Ved at bruge denne teknik, forskere kan delvist flytte tumorer fra ubrugelige steder til mere tilgængelige. Selvom det ikke vil fjerne kræften, den nye teknik reducerede størrelsen af ​​hjernetumorer i dyremodeller, tyder på, at denne form for hjernekræft en dag kan blive behandlet mere som en kronisk sygdom.

"Vi har designet en polymer tyndfilm nanofiber, der efterligner strukturen af ​​nerver og blodkar, som hjernetumorceller normalt bruger til at invadere andre dele af hjernen, " forklarede Ravi Bellamkonda, ledende efterforsker og formand for Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering ved Georgia Tech og Emory University. "Kræftcellerne griber normalt fast i disse naturlige strukturer og kører på dem som en monorail til andre dele af hjernen. Ved at give en attraktiv alternativ fiber, vi kan effektivt flytte tumorerne ad en anden vej til en destination, som vi vælger."

Detaljer om teknikken blev rapporteret 16. februar i journalen Naturmaterialer . Forskningen blev støttet af National Cancer Institute (NCI), en del af National Institutes of Health; af Atlanta-baserede Ian's Friends Foundation, og af Georgia Research Alliance. Ud over Coulter Institut for Biomedicinsk Teknik, forskerholdet omfattede Children's Healthcare fra Atlanta og Emory University.

Behandling af Glioblastoma multiforme cancer, også kendt som GBM, er svært, fordi den aggressive og invasive cancer ofte udvikler sig i dele af hjernen, hvor kirurger er tilbageholdende med at operere. Selvom den primære tumor kan fjernes, imidlertid, det har ofte spredt sig til andre steder, før det er blevet diagnosticeret.

Nye lægemidler udvikles til at angribe GBM, men de Atlanta-baserede forskere besluttede at tage en mere ingeniørmæssig tilgang. Anjana Jain, hvem er den første forfatter til denne GBM-undersøgelse, er nu assisterende professor ved Institut for Biomedicinsk Teknik ved Worcester Polytechnic Institute i Massachusetts. Som Georgia Tech kandidatstuderende, Jain arbejdede på biomaterialer til rygmarvsregenerering. Derefter, som postdoc i Bellamkonda-laboratoriet, hun så muligheden for at anvende sit kandidatarbejde til at udvikle potentielle nye behandlingsformer for GBM.

"De signalveje, vi forsøgte at aktivere for at reparere rygmarven, var de samme veje, som forskere gerne ville inaktivere for glioblastomer, " sagde Jain. "At flytte ind i kræftapplikationer var en naturlig progression, en, der havde stor interesse på grund af den menneskelige belastning af sygdommen."

Tumorceller invaderer typisk sundt væv ved at udskille enzymer, der tillader invasionen at finde sted, forklarede hun. Den aktivitet kræver en betydelig mængde energi fra kræftcellerne.

"Vores idé var at give tumorcellerne en vej med mindst modstand, en der ligner de naturlige strukturer i hjernen, men er attraktiv, fordi den ikke kræver, at kræftcellerne bruger mere energi, " forklarede hun.

Eksperimentelt, forskerne skabte fibre lavet af polycaprolacton (PCL) polymer omgivet af en polyurethanbærer. Fibrene, hvis overflade simulerer konturerne af nerver og blodkar, som kræftcellerne normalt følger, blev implanteret i hjernen på rotter, hvor en human GBM-tumor voksede. Fibrene, kun halvdelen af ​​diameteren af ​​et menneskehår, fungerede som tumorguider, fører de migrerende celler til en "tumoropsamler"-gel, der indeholder lægemidlet cyclopamin, som er giftigt for kræftceller. Til sammenligning, forskerne implanterede også fibre uden PCL eller en utekstureret PCL-film i andre rottehjerner, og efterlod nogle rotter ubehandlede. Tumorsamlergelen var fysisk placeret uden for hjernen.

Efter 18 dage, forskerne fandt, at sammenlignet med andre rotter, tumorstørrelser blev væsentligt reduceret hos dyr, der havde modtaget PCL-nanofiberimplantater nær tumorerne. Tumorceller havde flyttet hele længden af ​​alle fibre ind i samlegelen uden for hjernen.

Selvom udryddelse af en kræftsygdom altid ville være den ideelle behandling, Bellamkonda sagde, den nye teknik kan muligvis kontrollere væksten af ​​inoperable kræftformer, giver patienterne mulighed for at leve et normalt liv på trods af sygdommen.

"Hvis vi kan give kræft en flugtventil af disse fibre, som kan give en måde at opretholde langsomt voksende tumorer på, således at mens de kan være ubrugelige, folk kunne leve med kræftsygdommene, fordi de ikke vokser, " sagde han. "Måske med ideer som denne, vi kan måske leve med kræft, ligesom vi lever med diabetes eller forhøjet blodtryk."

Før teknikken kan bruges på mennesker, imidlertid, det skal gennemgå omfattende tests og godkendes af FDA – en proces, der kan tage så meget som ti år. Blandt de næste trin er at evaluere teknikken med andre former for hjernekræft, og andre former for kræft, som kan være svære at fjerne.

Behandling af hjernekræft med nanofibre kunne være at foretrække frem for eksisterende lægemiddel- og stråleteknikker, sagde Bellamkonda.

"En attraktion ved tilgangen er, at det udelukkende er en enhed, " forklarede han. "Der er ingen stoffer, der kommer ind i blodbanen og cirkulerer i hjernen for at skade sunde celler. At behandle disse kræftformer med minimalt invasive film kan være meget mindre farligt end at anvende farmaceutiske kemikalier."

Seed-finansiering til tidlig forskning for at verificere potentialet for teknikken blev sponsoreret af Ian's Friends Foundation, en Atlanta-baseret organisation, der støtter forskning i børns hjernekræft.

"Vi kunne ikke være mere begejstrede for de fremskridt, som Georgia Tech og professor Bellamkondas laboratorium har gjort med at hjælpe med at finde en løsning for børn med både inoperable hjernetumorer og for dem, der lider af tumorer i mere invasive områder, " sagde Phil Yagoda, en af ​​organisationens stiftere. "Med dette forskerholds dedikation og vision, dette spændende og enestående arbejde er nu tættere på virkeligheden. Ved at muliggøre bevægelse af en inoperabel tumor til et operationssted, dette arbejde kunne give håb til alle børn og forældre til de børn, der kæmper deres største kamp, kampen for deres liv."