Microneedle plaster leverer lokaliseret cancerimmunterapi til melanom

Biomedicinske ingeniørforskere ved North Carolina State University og University of North Carolina i Chapel Hill har udviklet en teknik, der bruger et plaster indlejret med mikronåle til at levere kræftimmunterapi direkte til stedet for melanom hudkræft. I dyreforsøg, teknikken målrettede mere effektivt mod melanom end andre immunterapibehandlinger.

Ifølge CDC, mere end 67, 000 mennesker i USA blev diagnosticeret med melanom alene i 2012 - det seneste år, hvor data er tilgængelige. Hvis fanget tidligt, melanompatienter har en 5-års overlevelsesrate på mere end 98 procent, ifølge National Cancer Institute. Det tal falder til 16,6 procent, hvis kræften har metastaseret før diagnose og behandling. Melanombehandlinger spænder fra kirurgi til kemoterapi og strålebehandling. Et lovende nyt felt inden for kræftbehandling er kræftimmunterapi, som hjælper kroppens eget immunsystem med at bekæmpe kræft.

I immunsystemet, T-celler skal identificere og dræbe kræftceller. For at udføre deres arbejde, T-celler bruger specialiserede receptorer til at differentiere sunde celler fra kræftceller. Men kræftceller kan snyde T-celler. En måde kræftceller gør dette på er ved at udtrykke en proteinligand, der binder sig til en receptor på T-cellerne for at forhindre T-cellen i at genkende og angribe kræftcellen.

For nylig, cancerimmunterapiforskning har fokuseret på at bruge "anti-PD-1" (eller programmeret celledød) antistoffer for at forhindre kræftceller i at narre T-celler.

"Imidlertid, det giver flere udfordringer, " siger Chao Wang, co-lead forfatter til et papir om mikronåleforskning og en postdoc-forsker i det fælles biomedicinske ingeniørprogram ved NC State og UNC-Chapel Hill. "Først, anti-PD-1 antistofferne sprøjtes sædvanligvis ind i blodbanen, så de kan ikke målrette effektivt mod tumorstedet. Sekund, overdosis af antistoffer kan forårsage bivirkninger såsom en autoimmun lidelse."

For at løse disse udfordringer, forskerne udviklede et plaster, der bruger mikronåle til at levere anti-PD-1-antistoffer lokalt til hudtumoren. Mikronålene er lavet af hyaluronsyre, et biokompatibelt materiale.

Anti-PD-1 antistofferne er indlejret i nanopartikler, sammen med glucoseoxidase - et enzym, der producerer syre, når det kommer i kontakt med glucose. Disse nanopartikler indlæses derefter i mikronåle, som er opstillet på overfladen af ​​et plaster.

Når plasteret påføres et melanom, blod kommer ind i mikronålene. Glucosen i blodet får glucoseoxidasen til at producere syre, som langsomt nedbryder nanopartiklerne. Når nanopartiklerne nedbrydes, anti-PD-1 antistofferne frigives til tumoren.

"Denne teknik skaber en stabil, vedvarende frigivelse af antistoffer direkte ind i tumorstedet; det er en effektiv tilgang med forbedret tilbageholdelse af anti-PD-1-antistoffer i tumormikromiljøet, " siger Zhen Gu, en adjunkt i det biomedicinske ingeniørprogram og seniorforfatter af papiret.

Forskerne testede teknikken mod melanom i en musemodel. Mikronåleplasteret fyldt med anti-PD-1 nanopartikler blev sammenlignet med behandling ved at injicere anti-PD-1 antistoffer direkte i blodbanen og med at injicere anti-PD-1 nanopartikler direkte i tumoren.

"Efter 40 dage, 40 procent af musene, der blev behandlet med mikronåleplasteret, overlevede og havde ingen påviselig tilbageværende melanom - sammenlignet med en overlevelsesrate på nul procent for kontrolgrupperne, " siger Yanqi Ye, en ph.d. studerende i Gus laboratorium og medforfatter af papiret.

Forskerne lavede også en narkotikacocktail, bestående af anti-PD-1 antistoffer og et andet antistof kaldet anti-CTLA-4 – som også hjælper T-celler med at angribe kræftcellerne.

"Ved at bruge en kombination af anti-PD-1 og anti-CTLA-4 i mikronåleplasteret, 70 procent af musene overlevede og havde ingen påviselig melanom efter 40 dage, " siger Wang.

"På grund af den vedvarende og lokaliserede frigivelsesmåde, medieret af mikronåle, vi er i stand til at opnå ønskelige terapeutiske effekter med en relativt lav dosis, som reducerer risikoen for autoimmune lidelser, " siger Gu.

"Vi er begejstrede for denne teknik, og søger finansiering til at forfølge yderligere undersøgelser og potentiel klinisk oversættelse, " tilføjer Gu.