Duke University: Udvikling af nye værktøjer til at bekæmpe kræft
Udgivelsesdato:Forskere ved Duke skaber mere præcise tilgange til at stoppe tumorer
I årtier har medicinsk kræftbehandling generelt betydet kemoterapi, stråling eller operation, alene eller i kombination. Men tingene ændrer sig hurtigt. I dag er nye tilgange såsom immunterapier og målrettede terapier ved at blive tilgængelige, med mange flere inden for forskning og udvikling. I mange tilfælde er de nye behandlinger mere effektive med færre bivirkninger.
"Det er en spændende tid at være i kræftforskning og kræftopdagelse," sagde Colin Duckett, PhD, professor i patologi, midlertidig formand for Institut for Farmakologi og Kræftbiologi og vicedekan for grundlæggende videnskab.
"Vi bevæger os ind i denne æra, hvor vi har et nyt sæt værktøjer, vi kan bruge til at behandle kræft."
-Colin Duckett, PhD
Forskere i Duke Cancer Institute (DCI) og på tværs af School of Medicine hjælper med at skabe disse nye værktøjer, drevet af viden og erfaring fra eksperter fra en bred vifte af discipliner.
Kræftforskning har faktisk altid været en team-baseret bestræbelse på DCI.
"DCI blev specifikt oprettet for et årti siden for at nedbryde barrierer mellem discipliner for at stimulere kollaborativ forskning og multidisciplinær interaktion," sagde DCI's administrerende direktør Michael Kastan, MD, PhD, William og Jane Shingleton Distinguished Professor of Pharmacology and Cancer Biology.
Brændstof på bålet er Duke Science and Technology (DST)-initiativet, som har til formål at katalysere og støtte forskningssamarbejde med henblik på at løse nogle af verdens mest presserende problemer, herunder kræft.
De nye værktøjer, selvom de er varierede, repræsenterer alle fremskridt inden for personlig kræftmedicin. Målrettede behandlinger vælges baseret på den genetiske signatur af en patients tumor. Nogle immunterapier tager personaliseringen endnu længere ved at manipulere en patients egne immunceller for at skabe en behandling for den enkelte alene.
For at matche behandlinger til patienter har det tværfaglige Duke Molecular Tumor Board, ledet af John Strickler, MD, HS'11, og Matthew McKinney, MD'06, HS'06-'09, HS'10-'13, hjælper udbydere med at identificere bedste praksis, nyligt godkendte behandlinger eller kliniske forsøg for avancerede cancerpatienter baseret på genetisk sekventering af deres tumorer.
"I præcisionskræftmedicin - den rigtige terapi til den rigtige patient på det rigtige tidspunkt - kommer alle disse ting sammen, de målrettede terapier, immunterapien, endda standard kemoterapi, alt det er en del af præcisionskræftmedicin."
-Michael Kastan, MD, PhD
Immunterapi
Immunterapi har til formål at udnytte immunsystemets kraft til at bekæmpe kræft. Det kan betyde at aktivere immunsystemet, give energi til udmattede immunceller eller hjælpe immunceller med at finde kræftceller ved at guide dem derhen eller ved at fjerne kræftens "gode fyr" forklædninger.
Duke's Center for Cancer Immunotherapy støtter disse bestræbelser ved at identificere lovende grundlæggende videnskabelige opdagelser og opbygge hold til at omsætte disse ideer til behandlinger.
"Der er så mange grundforskere i verdensklasse her, der gør opdagelser ..."
-Scott Antonia, MD, PhD
"...opdagelser, der potentielt kan oversættes som immunterapeutiske strategier," sagde Scott Antonia, MD, PhD, professor i medicin og centrets stiftende direktør. "Det var det, der motiverede mig til at komme til Duke på grund af den store mulighed for at interagere med grundlæggende forskere for at udvikle nye immunterapier og få dem ind i klinikken."
Antonia mener, at immunterapi har potentialet til at revolutionere kræftbehandling, men der er stadig mere arbejde, der skal gøres for at realisere løftet. "Beviset for princippet er der," sagde han, "men stadig nyder kun en relativt lille del af mennesker langsigtet overlevelse. Hvis vi kan finpudse immunterapeutiske tilgange, er det vores bedste mulighed."
Blandt det mest spændende immunterapiarbejde, der faciliteres af centret, involverer at fjerne en patients egne T-celler (en type lymfocytter), manipulere dem i laboratoriet for at gøre dem mere effektive mod tumorer og derefter injicere dem tilbage i patienten.
T-celler kan manipuleres i laboratoriet på en række forskellige måder. I en fremgangsmåde, kaldet CAR T-celleterapi, er T-cellerne konstrueret med en tilføjelse af syntetiske antistoffragmenter, der binder til patientens tumor, og som effektivt leder T-cellerne direkte til tumorcellerne.
I en anden tilgang, kaldet tumor-infiltrerende lymfocytter (TIL) adoptiv celleterapi, ekstraheres undergruppen af en patients T-celler, der allerede har formået at finde vej ind i tumoren, og vokser derefter til et stort antal, før de returneres til patienten. Antonia og hans kolleger har for nylig offentliggjort et papir, der demonstrerer effektiviteten af TIL-udvidelse i lungekræft. "Vi laver nu det forberedende arbejde for at udvikle kliniske forsøg med denne tilgang til hjernetumorer, og vores hensigt er også at udvide til mange andre kræftformer," sagde han.
Antonia påpeger, at innovationer inden for CAR T-celleterapi og TIL-terapi, der sker hos Duke, er mulige på grund af samarbejder med forskere inden for en række discipliner, herunder antistofeksperter som f.eks. Barton Haynes, MD, HS'73-'75, Frederic M. Hanes professor i medicin og Wilton Williams, PhD, lektor i medicin og kirurgi, ved Duke Human Vaccine Institute, og biomedicinske ingeniører som Charles Gersbach, PhD, John W. Strohbehn Distinguished Professor of Biomedical Engineering ved Pratt School of Engineering.
Desuden kræver kliniske forsøg med denne slags cellulære terapier særlige faciliteter til at konstruere eller udvide cellerne, som leveres af Duke's Marcus Center for Cellular Cures, ledet af Joanne Kurtzberg, MD, Jerome S. Harris Distinguished Professor of Pediatrics og Beth Shaz, MD, MBA, professor i patologi." Det har været et meget produktivt samarbejde, der fremhæver, hvordan Duke er unikt positioneret til at udvikle immunterapeutiske strategier," sagde Antonia.
Målrettet terapi
Målrettede terapier udnytter en tumors svage punkt: en genetisk mutation, for eksempel. Fordelen er, at behandlingen kun dræber kræftceller og ikke raske celler. Forudsætningen er at kende genetik og biologi af den specifikke tumor, ingen enkel opgave.
Trudy Oliver, PhD'05, der sluttede sig til Institut for Farmakologi og Cancer Biologisk fakultet som en Duke Science and Technology Scholar, studerer kræftudvikling og biologien af tumorundertyper, især pladecelle-lungekræft og småcellet lungekræft.
"Selv inden for småcellet lungekræft er der undergrupper, der opfører sig forskelligt fra hinanden," sagde hun. Nogle af de behandlinger, hun har identificeret, er i kliniske forsøg
"Vores arbejde tyder på, at når du skræddersy terapi til disse undergrupper, kan du gøre en forskel i resultatet."
-Trudy Oliver, PhD'05
Nogle af de behandlinger, hun har identificeret, er i kliniske forsøg.
Sandeep Dave, MD, Wellcome Distinguished Professor of Medicine, leder et ambitiøst projekt for at analysere genomikken af de mere end 100 forskellige typer blodkræft. Hans projekt vil strømline diagnosticering af blodkræft og afdække potentielle behandlingsmål.
"Alle kræftformer opstår fra genetiske ændringer, der gør det muligt for kræft at overleve og trives på bekostning af værten," sagde han. "Disse genetiske ændringer er et tveægget sværd - de tillader disse kræftceller at vokse, men på den anden side giver de specifikke sårbarheder, som vi potentielt kan udnytte."
Dave sagde, at hans baggrund inden for computervidenskab, genetik og onkologi hjalp ham, da han designede projektet, som bruger enorme datasæt.
"Vi har gjort det tunge løft i form af værktøjsudvikling og metodologi, som er moden til at blive anvendt på enhver anden form for kræft."
-Sandeep Dave, MD
Kræftforskelle
Kræftforskelle er forårsaget af et komplekst samspil af elementer, herunder adgang til sundhedspleje og andre ressourcer, institutionelle barrierer, strukturel racisme og biologi, såsom herrelateret genetik. For eksempel bidrager nogle genetiske biologiske faktorer og sociale elementer til forskelle i mange typer kræft.
"Kræftbehandling nærmer sig dette personlige rum, hvor patienter ikke længere behandles med et paradigme, der passer til alle."
-Tammara Watts, MD, PhD
"Det bliver mere og mere tydeligt, at der er forskelle i udfald med hensyn til race og etnicitet," sagde Tammara Watts, MD, PhD, lektor i hoved- og nakkekirurgi og kommunikationsvidenskab og associeret direktør for lighed, mangfoldighed og inklusion hos DCI . "Den meget brede hypotese er, at der er genetiske herkomstrelaterede ændringer, der kan spille en afgørende rolle i de forskellige kliniske resultater, vi ser hver dag hos vores kræftpatienter."
For eksempel har selvidentificerede hvide patienter med halskræft forbundet med human papillomavirus (HPV) bedre resultater sammenlignet med selvidentificerede sorte patienter, selv når de kontrollerer for elementer som adgang til sundhedspleje, uddannelse og socioøkonomisk status.
Watts samarbejder med bioinformatikeksperter hos DCI for at forsøge at identificere signifikante forskelle i genekspression mellem de to grupper.
"Jeg forsøger at pirre forskelle, der kan have betydning for dårligt stillede patienter baseret på race og etnicitet," sagde hun. "Men der kan være forskelle, som kan være nyttige til at designe målrettede behandlinger til en bred gruppe af patienter."
Det skyldes, at en målrettet behandling af et bestemt genetisk udtryk, der kan forekomme mere almindeligt hos sorte mennesker, ville hjælpe alle patienter med det udtryk, uanset race eller etnicitet.
Watts er langt fra alene om at lave kræftforskel på DCI. Tomi Akinyemiju, ph.d., lektor i befolkningssundhedsvidenskab, bruger epidemiologi til at studere både biologiske faktorer og sociale elementer, der bidrager til forskelle i mange typer kræft.
Jennifer Freedman, PhD, lektor i medicin, Daniel George, MD'92, professor i medicin, og Steven Patierno, PhD, professor i medicin og vicedirektør for DCI, studerer det molekylære grundlag for, hvorfor prostata-, bryst- og lungekræft har en tendens til at være mere aggressive og dødelige hos patienter, der selv identificerer sig som sorte. Patierno, som har været en national leder inden for forskning i kræftforskelle i mere end 20 år, leder Duke Cancer Disparities SPORE (Specialized Program of Research Excellence), finansieret af National Cancer Institute. SPORE-bevillingen støtter disse forskere såvel som andre DCI-hold, der arbejder med kræft i bryst, lunge, mave og hoved og nakke.
"En af de ting, der imponerer mig, er, at [forskning om kræftforskelle] er en høj prioritet inden for DCI," sagde Watts, der kom til fakultetet i 2019. "Disse grupper er aktivt engageret og samarbejder og stiller de spørgsmål, der vil drive forandring for patienter, der har dårligere resultater, der er relateret til herkomst."
Risiko, detektion, aflytning
Endnu bedre end en kræftkur er at undgå kræft helt.
På DCI, Meira Epplein, PhD, lektor i befolkningssundhedsvidenskab, og Katherine Garman, MD'02, MHS'02, HS'02-'06, HS'09, lektor i medicin, søger at mindske forekomsten af mavekræft ved at forbedre påvisning og behandling af bakterien Helicobacter pylori, som kan sætte gang i en kaskade, der fører til mavekræft. Epplein og Garman, også finansieret af Duke Cancer Disparities SPORE-bevillingen, håber, at deres arbejde vil mindske forskellene, fordi H. pylori-infektioner og mavekræft begge er mere udbredt blandt afroamerikanere end hvide.
Når forebyggelse af kræft ikke lykkes, er det næstbedste at opdage og behandle tidligt. Et relativt nyt koncept inden for kræftbehandling er "aflytning", hvilket betyder, at man fanger kræft lige som eller lige før, den begynder.
"Pointen er at forhindre, at det udvikler sig til fuld malignitet," sagde Patierno. "Med andre ord, stop kræften i at komme over sin egen mållinje."
Patierno forestiller sig en fremtid, hvor patienter med præ-cancerøse tilstande eller tidlig kræft kan tage en pille for at stoppe kræftudviklingen uden at dræbe celler - med andre ord en ikke-cytotoksisk behandling, i modsætning til standard kemoterapi.
"Vi ved, at det er der, men vi vil ikke forgifte det eller brænde det eller skære det ud, fordi alle disse har bivirkninger. Vi skal finde en ikke-cytotoksisk måde at forhindre det i at udvikle sig. Det er målet.”
-Steven Patierno, PhD
Læs om alumner, der gør en forskel
i kræftforskning og -pleje:
Ændring af status: Lori Pierce MD'85
Behandling af hele personen: Arif Kamal, MD, HS'12, MHS'15
Målretning af frøene til kræftvækst: Eugenie S. Kleinerman, MD'75, HS'75
En opdagelse, der kommer ud af ingenting: Bill Kaelin, BS'79, MD'82
Historien blev oprindeligt offentliggjort i DukeMed Alumni News, efterår 2022.
Læs mere fra DukeMed Alumni News
Original artikelkilde: Duke i dag