Små pakker kan indeholde kraftfuld behandling af hjernetumorer

Store opdagelser kommer i små pakker. Få ved det bedre end Ann-Marie Broome, Ph.D., der føler, at nanoteknologi rummer fremtiden for medicin med dens evne til at levere kraftfulde lægemidler i små, designer pakker.

Hendes seneste forskning finder den perfekte applikation – målrettet mod kræftceller i hjernetumor.

Resultater fra hendes seneste papir offentliggjort online i det internationale tidsskrift Nanomedicin - Future Medicine fandt ud af, at en lipid nanocarrier konstrueret til at være lille nok til at komme forbi blod-hjerne-barrieren kunne målrettes til at levere et kemoterapeutisk lægemiddel mere effektivt til tumorceller i hjernen. In vivo undersøgelser viste specifik optagelse og øget drab i gliaceller, så meget, at Broome i første omgang satte spørgsmålstegn ved resultaterne.

"Jeg var meget overrasket over, hvor effektivt og godt det fungerede, når vi først fik nanobæreren til de celler, " hun sagde, forklarede, at de første resultater var så lovende, at hun fik sit hold til at blive ved med at gentage eksperimenterne, ved hjælp af forskellige cellelinjer, doseringsmængder og behandlingstider. Forskere og klinikere er begejstrede, fordi det potentielt viser vejen til en ny behandlingsmulighed for patienter med visse tilstande, såsom glioblastoma multiforme (GBM), fokus for denne undersøgelse.

Glioblastoma multiforme er en ødelæggende sygdom uden helbredende muligheder på grund af flere udfordringer, sagde Broome, der er direktør for Molecular Imaging ved Medical University of South Carolinas Center for Biomedical Imaging og direktør for Small Animal Imaging i Hollings Cancer Center. Hjernetumoren har en betydelig overordnet dødelighed, dels på grund af sin beliggenhed, vanskeligheder med kirurgisk behandling og manglende evne til at få medicin gennem blod-hjerne-barrieren, en beskyttende barriere designet til at holde et stabilt miljø i og omkring hjernen.

I 40 procent af tilfældene standardbehandlinger forlænger den forventede levetid med 4 til 7 måneder. "Det er virkelig et dystert resultat. Der er bedre måder at levere standardpleje på."

Det er her Broome og hendes nanoteknologiske laboratorium kommer ind.

Nanoteknologi er medicin, ingeniørarbejde, kemi, og biologi alt sammen bundtet og udført på nanoskala, mellem 1 til 1, 000 nanometer. Til sammenligning, en tynd avisside er omkring 100, 000 nanometer tyk. Broome og hendes team tog, hvad de ved om kræftens biologi og om blodplade-afledt vækstfaktor (PDGF), et af talrige vækstfaktorproteiner, der regulerer cellevækst og -deling og er også overudtrykt på tumorceller i hjernen. Med det i tankerne, de konstruerede en micelle, der er en phospholipid nanobærer, "en smule fedtkugle, "for at levere en koncentreret dosis af kemoterapilægemidlet temozolomid (TMZ) til GBM-tumorcellerne.

"Miceller af en vis størrelse vil krydse blod-hjerne-barrieren med en koncentreret mængde TMZ, " hun forklarede om, hvordan nanoteknologien virker. "PDGF bruges meget som en postadresse. Micellen får den til gaden, og PDGF får det til huset." Denne målretningsevne er vigtig, fordi forskere har erfaret, at det er sandsynligt, at GBM vil gentage sig, hun sagde.

"Det menes, at satellitceller, der er efterladt efter kirurgisk fjernelse, er de hurtigst voksende og farligste. Vi forsøger at dræbe de hurtigt voksende satellitceller, som vil vokse til nye tumorer på det sted eller andre. Disse satellittumorer vokser mere aggressivt end andre. Du skal slå dem hårdt, hurtigt og aggressivt."

Overraskende nok, nanoteknologi er allerede en del af hverdagen på mange måder, som folk ikke er klar over. Den bruges i alt fra makeup som fugtighedscreme eller UV-solcremer til is for at opretholde frosne temperaturer og cremede teksturer.

Inden for medicin, Broome sagde, forskere konstruerer nanobærere, der er stabile og snigende. "Dine immunceller kan ikke angribe dem. De forbliver skjulte." Når pakken når derhen, hvor den skal hen, nanoteknologer har forskellige metoder til at få micellerne til at frigive deres nyttelast - en måde er at bruge den sure natur af en hurtigt voksende tumor. I normalt kredsløb, blodets pH er let basisk, og micellen forbliver intakt. Hvad forskere har opdaget er, at i mange tumortyper, pH ændres drastisk til et surt miljø.

"Mens tumoren vokser, det skaber affaldsbiprodukter og metabolitter, der ændrer pH, dermed sænke den. Efterhånden som midten bliver mere nekrotisk, det bliver endnu mere syret."

Ændringen i pH udløser en frigivelse af lægemidlet fra vores miceller, lige hvor klinikere ønsker det skal gå for at reducere toksiciteten til resten af ​​kroppen, hun sagde.

"Vi udnytter tumorens naturlige miljø såvel som det cellulære udtryk. Jeg er en stor fortaler for at forstå, at mikromiljø har indflydelse på, hvor godt man kan behandle tumorer. Det er nok derfor, at så mange terapeutiske midler fejler - fordi man skal tage tage hensyn til immunsystemet, det lokale miljø, og selve cellerne - alle disse tre er vigtige overvejelser."

Det er derfor, nanoteknologi har et forspring i udformningen af ​​fremtidige kræftbehandlinger.

"Det er meget vigtigt, at offentligheden erkender, at nanoteknologi er fremtiden. Det påvirker så mange forskellige områder. Det har en klar indvirkning på kræftbiologien og har potentielt indflydelse på kræftformer, der er utilgængelige, ubehandlet, udugelig - som under normale omstændigheder i sidste ende er et dødsstød." Alt for bekendt med dette er forsker og kliniker Amy Lee Bredlau, M.D., direktør for MUSC Health's Pediatric Brain Tumor Program, som også var en del af undersøgelsen. Broome sagde, at hun nyder at have en klinikers perspektiv i laboratoriet for at fokusere gruppen på translationelle resultater for patienterne.

"Det er derfor, det er så glædeligt at arbejde sammen med Amy Lee. Hun arbejder med mange kræftformer, som der ikke er nogen muligheder for. Vi forsøger at give muligheder."

Bredlau var enig. "Dette papir er spændende, fordi det demonstrerer en ny tilgang til behandling af hjernetumorer, kombinerer nanoteknologi målrettet mod en markør for hjernetumorer med et specialiseret leveringssystem. Det vil give os mulighed for i sidste ende at målrette mod aggressive hjernetumorer i barndommen og voksne."

Bredlau sagde, at hun tager timeout fra sin kliniske praksis for at være i Broomes forskningslaboratorium, fordi hun ved, at det er sådan, hun bedst kan fremskynde processen.

"Jeg brænder for at forbedre mine patienters liv, nu og i fremtiden. Fremme forskning nu er den bedste måde at forbedre livet for mine kommende patienter."

Bredlau ser, at nanoteknologi har magten til at revolutionere behandlingen af ​​hjernetumorer. "Når vi perfektionerer denne strategi, vi vil kun kunne levere potente kemoterapier til det område, der har brug for dem. Dette vil dramatisk forbedre vores helbredelsesrater, mens vi skærer en stor del af vores bivirkninger fra kemoterapi ud. Forestil dig en verden, hvor en kræftdiagnose ikke kun ikke var livstruende, men det betød heller ikke, at du ville være træt, kvalme eller tabe dit hår."

Selvom de er begejstrede for undersøgelsens resultater, Broome advarer om, at der er meget mere arbejde, der skal gøres, før nye behandlingsmuligheder er let tilgængelige for patienter.

"Det kan være eller måske ikke være effektivt for alle typer af GBM'er. Der er undertyper såvel som terapeutisk-resistente GBM'er, som disse nanobærere muligvis ikke påvirker. Vi er nødt til at fortsætte strenge tests for at verificere og validere vores første resultater."

De vil udforske et ekspanderende felt af målrettede biomarkører, der er tilgængelige for GBM-tumorceller. Som det er almindeligt ved brystkræft og andre kræfttyper, denne cancer har specifikke celleoverfladereceptorer, der er overudtrykt, hun sagde.

Og selvom stoffet TMZ i denne protokol virker meget effektivt, det er måske ikke det bedste stof for de fleste mennesker, hun sagde. "Nu hvor vi ved, at vi kan få stoffet til dets udpegede sted og få det til at virke effektivt, vi har en komparator. Vi kan teste mere dødelige og anderledes kombinationer af lægemidler, som aldrig før er blevet brugt i dette scenarie."

Denne metode til lægemiddellevering åbner også nye vinduer til immunterapibehandlinger, der høster anerkendelse internationalt. Broome ønsker at tage kemoterapeutika og kombinere dem med nye immunterapeutiske behandlinger for at danne unikke kombinationsleveringspakker.

Det er ambitiøst.

Broome, hvis hold joker med, at hun holder "en lang, kørende liste over umulige opgaver, " sagde, at arbejdet også oversættes til så mange områder ud over kræft, herunder slagtilfælde, transplantation og regenerativ medicin, hvor det for eksempel kunne bruges til sårheling i dermatologi eller organvedligeholdelse ved transplantation. Det er en af ​​grundene til, at hun indsendte sin seneste forskning til et internationalt tidsskrift, fordi hun ønsker at fremskynde fremskridt inden for nanoteknologi, et felt, hun ikke er i tvivl om, vil ændre, hvordan medicin bliver lavet.

"De er den primære grund til, at jeg fortsætter med at gøre det, jeg gør, " sagde hun om de patienter, der står over for dystre diagnoser. "De giver mig håb. Mulighederne for nanoterapeutika er uendelige og lyse."