Nanopartikler blaffer på immunceller for at fange kræftmetastaser tidligt

Lymfeknuder er kanariefuglene i kulminen i vores immunsystem – skyder i gear ved den første indikation af sygdom og sender derefter immunceller, hvor de er nødvendige i kroppen for at bekæmpe infektion og sygdom.

For de næsten 20 millioner patienter verden over, der hvert år diagnosticeres med kræft, er lymfeknuderne en uvurderlig tidlig indikator for, om deres kræft er metastaseret - når kræftceller begynder at sprede sig til et andet organ. At fange metastaser så tidligt som muligt betyder, at patienten kan få den nødvendige kemoterapi og immunterapi, som vil forbedre deres prognose markant.

Forskere ved USC's Alfred E. Mann Department of Biomedical Engineering har udviklet en ny nanopartikel, der kan "hakke en tur" på immunceller eller monocytter. På grund af sin lille størrelse kan partiklen mærkes direkte ind i lymfeknuder og hjælpe metastaser til at dukke op på MRI'er, hvor det ellers ville være for svært at opdage. Resultaterne kan føre til mere avancerede kontrastmidler, der kan injiceres i patienter for at forbedre MRI-kræftscreeninger af lymfeknuderne.

Værket er blevet udgivet i ACS Nano og blev ledet af Dr. Karl Jacob Jr. og Karl Jacob III formand for tidlig karriere Eun Ji Chung og Noah Trac, en Ph.D. studerende i Chung Lab.

Mens lymfeknuder er en væsentlig faktor i kræftdetektion, er screening af dem via biopsi smertefuldt og invasivt og kan føre til uønskede bivirkninger som infektion, lymfødem og trombose. Billedbehandlingsværktøjer såsom MR-detektion er ikke-invasive. Alligevel har de også betydelige mangler, når det kommer til screening af lymfeknuder,

"MRI'er vil se på lymfeknudens størrelse, men det har ikke en stor sammenhæng og sammenhæng med det faktum, at det er metastatisk," sagde Chung. "Selv hvis du er forkølet, begynder dine lymfeknuder at blive betændte."

"Det største problem med de nuværende MRI-teknikker er ikke, at de ikke opdager immuncellerne," sagde Trac. "Et stort problem med nuværende kontrastmidler er, at der ikke er nogen kræftmålretningsmekanisme, så de fleste lymfeknuder lyser lige meget op, uanset om der er kræft eller ej."

For at løse denne udfordring udviklede Chung, Trac og deres medforfattere en nanopartikel, der målretter mod en receptor, der er til stede på både tumorceller og immuncellemonocytter - celler, der rejser til lymfeknuderne og er i stigende grad udbredt under sygdomstilstande.

"Idéen bag denne nanopartikel er at forsøge at styre leveringen af ​​gadolinium-kontrastmidlet til lymfeknuder, der har kræft, så de vises lysere på MRI end sunde lymfeknuder," sagde Trac.

Det diagnostiske værktøj vil også tilbyde stærk klinisk værdi for læger til ikke kun at fange førstegangsmetastaser under en indledende kræftdiagnose, men det vil også give klinikere mulighed for at holde styr på kræfttilbagefald.

"Sig bare en primær tumor er blevet fjernet, men måske har de ikke fået det hele, eller også kommer kræften tilbage, og den er metastaserende for anden gang. Tilbagevendende metastaser er meget sværere at opdage og kan føre til værre resultater for patienten ," sagde Chung.

Hitching a ride to light op cancer

Nanopartiklerne virker ved at målrette mod et protein udtrykt af kræftceller, kendt som C-C kemokinreceptor 2 (CCR2). Partiklerne "blaffer" på immuncellemonocytterne, som kroppen producerer, og som også udtrykker den samme receptor som reaktion på kræften. Monocytterne giver så partiklerne en fri tur ind i lymfeknuderne, hvor partiklerne effektivt kan fremhæve de metastatiske kræftceller og muliggøre klarere detektion via MR.

"Grunden til, at denne mekanisme virker, ud over målretningselementerne, er fordi vores partikelstørrelse også er meget unik, og den kan nå lymfeknuderne," sagde Chung. "Vi fandt ud af, at der er en størrelsesgrænse, og vores partikeltype er i stand til at passere ind i lymfeknuderne og målrette kræftceller, der er nået dertil, sammen med de monocytter, der udtrykker denne receptor."

Processen tilbyder spilskiftende fordele til tidlig påvisning af kræftmetastaser i lymfeknuderne. Mens tidligere metastase kun kunne vurderes ved en stigning i lymfeknudestørrelse; de nye Chung Lab-partikler kan føre til MRI-kontrastmidler, der kan fremhæve metastatiske celler i lymfeknuder, som ellers kan virke normale. I eksperimenter med en musemodel demonstrerede holdet, at partiklerne øgede det signal, der blev detekteret ved MRI med op til 50 %.

"Partiklerne forstærker signalet, og vi kan se, at på punkter, hvor lymfeknuderne endnu ikke har ændret sig i størrelse, og metastasen er meget tidligt. Vi giver denne fordel, hvor du klinisk ikke ville være i stand til at for overhovedet at se metastaser," sagde Chung.

Det næste skridt for forskerholdet er at få deres arbejde tættere på kliniske anvendelser af MR-kontrastmidler. Arbejdet er blevet indsendt til Nanopartikel Characterization Laboratory ved National Institutes of Health, hvor en tredjepart vil vurdere og validere arbejdet for at gøre det muligt at komme tættere på menneskelige forsøg.

Flere oplysninger: Noah Trac et al., MR-påvisning af lymfeknudemetastaser gennem molekylær målretning af C–C-kemokinreceptor type 2 og monocytbiff, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c09201

Leveret af University of Southern California