Doorbraak alvleesklierkanker? Een gelachtig, radioactief implantaat vernietigt het bij muizen
Datum gepubliceerd:Biomedische ingenieurs van Duke University hebben de meest effectieve behandeling aangetoond alvleesklierkanker ooit vastgelegd in muismodellen. Hoewel de meeste muisproeven het simpelweg stoppen van de groei als een succes beschouwen, elimineerde de nieuwe behandeling de tumoren in 80% van muizen volledig in verschillende modeltypen, waaronder de modellen die als het moeilijkst te behandelen worden beschouwd.
De aanpak combineert traditionele chemotherapiemedicijnen met een nieuwe methode voor het bestralen van de tumor. In plaats van straling af te geven via een externe straal die door gezond weefsel gaat, implanteert de behandeling radioactief jodium-131 rechtstreeks in de tumor in een gelachtig depot dat gezond weefsel beschermt en door het lichaam wordt geabsorbeerd nadat de straling is verdwenen.
De resultaten verschijnen op 19 oktober online in het tijdschrift Nature Biomedical Engineering.
“We hebben meer dan 1100 behandelingen in preklinische modellen onderzocht en nooit resultaten gevonden waarbij de tumoren krompen en verdwenen zoals bij ons”, zegt Jeff Schaal, die het onderzoek uitvoerde tijdens zijn PhD in het laboratorium van Ashutosh Chilkoti, de Alan L. Kaganov Distinguished Professor of Biomedical Engineering aan Duke. “Toen de rest van de literatuur zegt dat wat we zien niet gebeurt, wisten we dat we met iets buitengewoon interessants te maken hadden.”
Ondanks dat pancreaskanker slechts 3,2% van alle gevallen van kanker vertegenwoordigt, is het de derde belangrijkste oorzaak van kankergerelateerde sterfte. Het is zeer moeilijk te behandelen omdat de tumoren de neiging hebben agressieve genetische mutaties te ontwikkelen die het resistent maken tegen veel medicijnen. De diagnose wordt doorgaans pas laat gesteld, wanneer de ziekte zich al naar andere plaatsen in het lichaam heeft verspreid.
De huidige toonaangevende behandeling combineert chemotherapie, die cellen gedurende langere tijd in een reproductiestadium houdt dat kwetsbaar is voor straling, met een stralingsbundel gericht op de tumor. Deze aanpak is echter niet effectief tenzij een bepaalde stralingsdrempel de tumor bereikt. En ondanks de recente vooruitgang bij het vormgeven en richten van stralingsbundels, is die drempel zeer moeilijk te bereiken zonder het risico van ernstige bijwerkingen.
Een andere methode die onderzoekers hebben geprobeerd, is het implanteren van een radioactief monster, ingekapseld in titanium, direct in de tumor. Maar omdat titanium alle straling blokkeert, behalve gammastraling, die ver buiten de tumor komt, kan het slechts een korte tijd in het lichaam blijven voordat schade aan het omliggende weefsel zijn doel begint te ondermijnen.
"Er is op dit moment gewoon geen goede manier om alvleesklierkanker te behandelen", zegt Schaal, die nu onderzoeksdirecteur is bij Cereius, Inc., een biotechnologiestartup uit Durham, North Carolina die zich inzet voor het commercialiseren van een gerichte radionuclidentherapie via een ander technologieschema.
Om deze problemen te omzeilen, besloot Schaal een soortgelijke implantatiemethode te proberen, waarbij gebruik werd gemaakt van een stof gemaakt van elastine-achtige polypeptiden (ELP's), dit zijn synthetische ketens van aminozuren die aan elkaar zijn gebonden om een gelachtige substantie te vormen met op maat gemaakte eigenschappen. Omdat ELP's centraal staan in het Chilkoti-lab, kon hij met collega's samenwerken om een toedieningssysteem te ontwerpen dat goed geschikt was voor de taak.
De ELP's bestaan in vloeibare toestand bij kamertemperatuur, maar vormen een stabiele gelachtige substantie in het warmere menselijke lichaam. Wanneer ze samen met een radioactief element in een tumor worden geïnjecteerd, vormen de ELP's een klein depot waarin radioactieve atomen worden omhuld. In dit geval besloten de onderzoekers jodium-131 te gebruiken, een radioactieve isotoop van jodium, omdat artsen het al tientallen jaren op grote schaal gebruiken bij medische behandelingen en de biologische effecten ervan goed worden begrepen.
Het ELP-depot omhult het jodium-131 en voorkomt dat het in het lichaam lekt. Het jodium-131 zendt bètastraling uit, die de biogel binnendringt en bijna al zijn energie in de tumor afzet zonder het omringende weefsel te bereiken. Na verloop van tijd wordt het ELP-depot afgebroken tot de samenstellende aminozuren en wordt het door het lichaam opgenomen – maar niet voordat jodium-131 is vervallen tot een onschadelijke vorm van xenon.
“De bètastraling verbetert ook de stabiliteit van de ELP-biogel”, aldus Schaal. “Dat zorgt ervoor dat het depot langer meegaat en pas kapot gaat als de straling is opgebruikt.”
In het nieuwe artikel testten Schaal en zijn medewerkers in het Chilkoti-laboratorium de nieuwe behandeling in combinatie met paclitaxel, een veelgebruikt chemotherapiemedicijn, om verschillende muismodellen van alvleesklierkanker te behandelen. Ze kozen voor pancreaskanker vanwege de schande omdat het moeilijk te behandelen is, in de hoop aan te tonen dat hun radioactieve tumorimplantaat synergetische effecten creëert met chemotherapie die relatief kortstondige bestralingstherapie niet heeft.
De onderzoekers testten hun aanpak op muizen met kanker net onder hun huid, veroorzaakt door verschillende mutaties waarvan bekend is dat ze voorkomen bij alvleesklierkanker. Ze testten het ook op muizen met tumoren in de alvleesklier, wat veel moeilijker te behandelen is.
Over het geheel genomen vertoonden de tests een responspercentage van 100% voor alle modellen, waarbij de tumoren in ongeveer 80% van de tijd volledig werden geëlimineerd in driekwart van de modellen. De tests brachten ook geen onmiddellijk duidelijke bijwerkingen aan het licht, afgezien van wat alleen door chemotherapie wordt veroorzaakt.
"Wij denken dat de constante straling ervoor zorgt dat de medicijnen sterker kunnen interageren met de effecten ervan dan externe stralingstherapie mogelijk maakt," zei Schaal. "Dat doet ons denken dat deze aanpak misschien ook beter zou kunnen werken dan externe straaltherapie voor veel andere vormen van kanker."
De aanpak bevindt zich echter nog in de vroege preklinische fase en zal op korte termijn niet beschikbaar zijn voor menselijk gebruik. De onderzoekers zeggen dat hun volgende stap grote dierproeven zijn, waarbij ze zullen moeten aantonen dat de techniek nauwkeurig kan worden uitgevoerd met de bestaande klinische hulpmiddelen en endoscopietechnieken waar artsen al in zijn opgeleid. Als dit lukt, kijken ze uit naar een klinische fase 1-studie bij mensen.
“Mijn laboratorium werkt al bijna twintig jaar aan de ontwikkeling van nieuwe kankerbehandelingen, en dit werk is misschien wel het meest opwindende dat we hebben gedaan in termen van de potentiële impact ervan, aangezien alvleesklierkanker in een laat stadium onmogelijk te behandelen is en altijd fataal is. ' zei Chilkoti. “Patiënten met pancreaskanker verdienen betere behandelingsopties dan er momenteel beschikbaar zijn, en ik ben vastbesloten om dit tot in de kliniek door te voeren.”
Dit onderzoek werd ondersteund door de National Institutes of Health (5R01EB000188) en het National Cancer Institute (R35CA197616).
CITATIE: “Brachytherapie via een depot van aan biopolymeer gebonden 131I synergiseert met nanodeeltjes Paclitaxel bij therapieresistente pancreastumoren,” Jeffrey L. Schaal, Jayanta Bhattacharyya, Jeremy Brownstein, Kyle C. Strickland, Garrett Kelly, Soumen Saha, Joshua Milligan, Samagya Banskota, Xinghai Li, Wenge Liu, David G. Kirsch, Michael R Zalutsky en Ashutosh Chilkoti. Natuurbiomedische technologie, 2022. DOI: 10.1038/s41551-022-00949-4
Koppeling: https://www.nature.com/articles/s41551-022-00949-4
Hertog afbeelding
Originele artikelbron: WRAL TechWire