Nanopartikelvaccine kunne bremse kræftmetastaser til lungerne ved at målrette mod et protein

Ingeniører ved University of California San Diego har udviklet en eksperimentel vaccine, der kan forhindre spredning af metastaserende kræftformer til lungerne. Vaccinens nøgleingredienser er nanopartikler – fremstillet af bakterielle vira – der er blevet konstrueret til at målrette mod et protein, der vides at spille en central rolle i kræftvækst og spredning.

Hos mus reducerede vaccinen markant spredningen af ​​metastaserende bryst- og hudkræft til lungerne. Det forbedrede også overlevelsesraten hos mus med metastatisk brystkræft efter kirurgisk fjernelse af den primære tumor. Resultaterne blev offentliggjort den 16. oktober i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Metastase er en proces, der involverer migration af kræftceller fra deres primære sted til andre dele af kroppen. Nylige undersøgelser har identificeret S100A9, et protein, der typisk frigives af immunceller, som en nøglespiller i denne proces. Dens normale rolle er at regulere betændelse. Imidlertid kan et overskud af S100A9 tiltrække kræftceller som en magnet, hvilket får dem til at danne aggressive tumorer og lette deres spredning til andre organer, såsom lungerne.

Et team ledet af Nicole Steinmetz, en professor i nanoteknik ved UC San Diego Jacobs School of Engineering, udviklede en vaccinekandidat, der kan modulere niveauerne af S100A9, når det går galt. Når den blev injiceret subkutant, stimulerede vaccinen immunsystemet hos mus til at producere antistoffer mod S100A9, hvilket effektivt reducerede proteinniveauerne og minimerede kræftmetastaser til lungerne. Vaccinen øgede også ekspressionen af ​​immunstimulerende proteiner med antitumoregenskaber, samtidig med at niveauerne af immunundertrykkende proteiner blev reduceret.

"S100A9 er kendt for at danne, hvad der kaldes en præmetastatisk niche i lungerne, hvilket skaber et immunsuppressivt miljø, der giver mulighed for tumorsåning og vækst," sagde undersøgelsens første forfatter Young Hun (Eric) Chung, en UC San Diego bioingeniør Ph.D. alumne fra Steinmetz' laboratorium. "Ved at reducere S100A9-niveauerne kan vi effektivt modvirke dannelsen af ​​denne præmetastatiske niche, hvilket fører til en reduceret tiltrækning og øget clearance af kræftceller til lungerne."

"Dette er en smart, ny tilgang til vaccination, idet vi ikke er rettet mod tumorceller, men snarere tumormikromiljøet, så det forhindrer den primære tumor i at lave nye tumorer," sagde Steinmetz, der er stiftende direktør for UC San Diego. Center for Nano-ImmunoEngineering og medleder af universitetets Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC). "Vi ændrer i det væsentlige hele immunsystemet til at være mere anti-tumor."

Sådan virker det

Vaccinen består af nanopartikler lavet af en bakterievirus kaldet Q beta. Nanopartiklerne blev dyrket fra E. coli-bakterier og isoleret. Bagefter blev et stykke af S100A9-proteinet fastgjort til overfladen.

Hvordan det virker er, at Q beta virus nanopartikler fungerer som lokkemad for immunsystemet. Denne virus er uskadelig for dyr og mennesker, men immunceller genkender den som fremmed og bliver fyret op til angreb for at søge efter et patogen. Når immuncellerne ser, at virus-nanopartiklerne viser et stykke af S100A9-proteinet, producerer de antistoffer til at gå efter det protein.

En fordel ved at bruge antistoffer, bemærkede Steinmetz, er, at de hjælper med at holde niveauet af målproteinet i skak.

"Med denne form for immunterapi slår vi ikke nødvendigvis alt proteinet ud, men vi reducerer niveauerne overalt," sagde Steinmetz.

Test af vaccinekandidaten

Vaccinen blev testet i metastatiske musemodeller af melanom og triple-negativ brystkræft, en aggressiv og svær at behandle cancertype. Raske mus fik først vaccinen, derefter udfordret med enten melanom eller triple-negative brystkræftceller gennem intravenøs injektion. Vaccinerede mus udviste en signifikant reduktion i lungetumorvækst sammenlignet med uvaccinerede mus. Hos uvaccinerede mus cirkulerede de injicerede kræftceller i hele kroppen og til sidst kom ind i lungerne for at danne metastatiske tumorer.

Forskerne bemærker, at denne vaccinestrategi bekæmper tumorspredning, ikke selve den primære tumor.

"Mens S100A9 bliver overudtrykt i visse primære tumorer, er det hovedsageligt indiceret ved metastatisk sygdom og progression," sagde Chung. "Proteinet er involveret i dannelsen af ​​immunsuppressive tumormikromiljøer. Derfor fandt vi ud af, at vores vaccine er meget mere effektiv til at reducere metastaser og ikke til at reducere væksten af ​​de primære tumorer."

Et andet sæt eksperimenter viste vaccinens potentiale til at tilbyde beskyttelse mod cancermetastaser efter kirurgisk fjernelse af den primære tumor. Mus med triple-negative brystkræfttumorer, som modtog vaccinen efter operationen, viste en overlevelsesrate på 80 %, mens 30 % af uvaccinerede mus overlevede efter operationen.

"Disse resultater er de mest klinisk relevante, da de nøje modellerer, hvad der kunne ske i virkelige scenarier," sagde Steinmetz. "For eksempel kan en patient, der er diagnosticeret med en aggressiv cancer, som gennemgår en operation for at fjerne deres tumor have risiko for tilbagefald og metastasering til lungerne. Vi forestiller os, at denne vaccine kunne administreres efter operationen for at forhindre en sådan gentagelse og udvækst af metastatisk sygdom. ."

Næste trin

Før vaccinen kan udvikle sig til forsøg på mennesker, er der behov for mere omfattende sikkerhedsundersøgelser.

"S100A9 er et endogent protein i lungerne, og der er ikke mange data derude, der viser, hvad der sker, når S100A9 er afskaffet," sagde Chung. "Vi ved, at S100A9 er vigtig i fjernelse af patogener, og fremtidige undersøgelser bør bedre teste, om reduktion af S100A9-niveauer nedsætter patientens evne til at bekæmpe infektioner, især hos cancerpatienter, der kan have svækket immunsystem."

Fremtidigt arbejde vil også undersøge vaccinens effektivitet, når den kombineres med andre kræftbehandlinger, med det formål at forbedre dens effektivitet mod svære at behandle kræftformer.

Flere oplysninger: Young Hun Chung et al., Virale nanopartikelvacciner mod S100A9 reducerer lungetumorudsåning og metastaser, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2221859120

Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences

Leveret af University of California - San Diego