Duke University: Utvecklar nya verktyg för att bekämpa cancer
Publiceringsdatum:Forskare vid Duke skapar mer exakta metoder för att stoppa tumörer
I decennier har medicinsk cancerbehandling i allmänhet inneburit kemoterapi, strålning eller kirurgi, ensam eller i kombination. Men saker och ting förändras snabbt. Idag blir nya tillvägagångssätt som immunterapier och riktade terapier tillgängliga, med många fler inom forskning och utveckling. I många fall är de nya behandlingarna mer effektiva, med färre biverkningar.
"Det är en spännande tid att vara i cancerforskning och cancerupptäckt", säger Colin Duckett, PhD, professor i patologi, tillfällig ordförande för Institutionen för farmakologi och cancerbiologi och vice dekan för grundläggande vetenskap.
"Vi går in i den här eran där vi har en ny uppsättning verktyg vi kan använda för att behandla cancer."
-Colin Duckett, PhD
Forskare vid Duke Cancer Institute (DCI) och över School of Medicine hjälper till att skapa dessa nya verktyg, drivna av kunskapen och erfarenheten från experter från ett brett spektrum av discipliner.
Cancerforskning har faktiskt alltid varit en teambaserad strävan vid DCI.
"DCI skapades specifikt för ett decennium sedan för att bryta ner barriärer mellan discipliner för att stimulera kollaborativ forskning och multidisciplinär interaktion", säger DCI:s verkställande direktör Michael Kastan, MD, PhD, William och Jane Shingleton Distinguished Professor of Pharmacology and Cancer Biology.
Att lägga bränsle på elden är initiativet Duke Science and Technology (DST), som syftar till att katalysera och stödja forskningssamarbete för att lösa några av världens mest akuta problem, inklusive cancer.
De nya verktygen, även om de är varierande, representerar alla framsteg inom personlig cancermedicin. Riktade behandlingar väljs utifrån den genetiska signaturen hos en patients tumör. Vissa immunterapier tar personalisering ännu längre, genom att manipulera en patients egna immunceller för att skapa en behandling för den individen ensam.
För att matcha behandlingar till patienter, den multidisciplinära Duke Molecular Tumor Board, ledd av John Strickler, MD, HS'11, och Matthew McKinney, MD'06, HS'06-'09, HS'10-'13, hjälper leverantörer att identifiera bästa praxis, nyligen godkända behandlingar eller kliniska prövningar för avancerade cancerpatienter baserat på genetisk sekvensering av deras tumörer.
"Inom precisionsmedicin för cancer - rätt terapi för rätt patient vid rätt tidpunkt - kommer alla dessa saker samman, de riktade terapierna, immunterapin, till och med standardkemoterapi, allt detta är en del av precisionsmedicin för cancer."
-Michael Kastan, MD, PhD
Immunterapi
Immunterapi syftar till att utnyttja immunsystemets kraft för att bekämpa cancer. Det kan betyda att man aktiverar immunförsvaret, ger energi till utmattade immunceller eller hjälper immunceller att hitta cancerceller genom att guida dem dit eller genom att ta bort cancerns "bra kille"-förklädnader.
Duke's Center for Cancer Immunotherapy stöder dessa ansträngningar genom att identifiera lovande grundläggande vetenskapliga upptäckter och bygga team för att omsätta dessa idéer till behandlingar.
"Det finns så många grundforskare i världsklass här som gör upptäckter..."
-Scott Antonia, MD, PhD
"...upptäckter som potentiellt kan översättas som immunterapeutiska strategier", säger Scott Antonia, MD, PhD, professor i medicin och centrets grundare. "Det var det som motiverade mig att komma till Duke, på grund av den stora möjligheten att interagera med grundforskare för att utveckla nya immunterapier och få in dem på kliniken."
Antonia tror att immunterapi har potentialen att revolutionera cancerbehandling, men mer arbete återstår att göra för att förverkliga sitt löfte. "Beviset på principen finns där," sa han, "men fortfarande är det bara en relativt liten del av människor som njuter av långsiktig överlevnad. Om vi kan finslipa immunterapeutiska tillvägagångssätt är det vår bästa möjlighet.”
Bland det mest spännande immunterapiarbetet som centret underlättar är att ta bort en patients egna T-celler (en typ av lymfocyter), manipulera dem i labbet för att göra dem mer effektiva mot tumörer och sedan injicera dem tillbaka i patienten.
T-celler kan manipuleras i labbet på en rad olika sätt. I ett tillvägagångssätt, som kallas CAR T-cellsterapi, är T-cellerna konstruerade med ett tillägg av syntetiska antikroppsfragment som binder till patientens tumör, vilket effektivt leder T-cellerna direkt till tumörcellerna.
I ett annat tillvägagångssätt, som kallas adoptiv cellterapi för tumörinfiltrerande lymfocyter (TIL), extraheras den delmängd av en patients T-celler som redan har lyckats hitta in i tumören och odlas sedan till ett stort antal innan de returneras till patienten. Antonia och hans kollegor publicerade nyligen ett dokument som visar effektiviteten av TIL-expansion vid lungcancer. "Vi gör nu det förberedande arbetet för att utveckla kliniska prövningar med denna metod i hjärntumörer, och vår avsikt är att expandera till många andra cancerformer också," sade han.
Antonia påpekar att innovationer inom CAR T-cellsterapi och TIL-terapi som sker hos Duke är möjliga på grund av samarbeten med forskare inom en rad olika discipliner, inklusive antikroppsexperter som t.ex. Barton Haynes, MD, HS'73-'75, Frederic M. Hanes professor i medicin och Wilton Williams, PhD, docent i medicin och kirurgi, vid Duke Human Vaccine Institute, och biomedicinska ingenjörer som Charles Gersbach, PhD, John W. Strohbehn Distinguished Professor of Biomedical Engineering vid Pratt School of Engineering.
Dessutom kräver kliniska prövningar för dessa typer av cellulära terapier speciella faciliteter för att konstruera eller expandera cellerna, som tillhandahålls av Duke's Marcus Center for Cellular Cures, ledd av Joanne Kurtzberg, MD, Jerome S. Harris Distinguished Professor of Pediatrics och Beth Shaz, MD, MBA, professor i patologi." Det har varit ett mycket produktivt samarbete som belyser hur Duke är unikt positionerad för att utveckla immunterapeutiska strategier," sa Antonia.
Riktad terapi
Riktade terapier utnyttjar en tumörs svaga punkt: en genetisk mutation, till exempel. Fördelen är att behandlingen endast dödar cancerceller och inte friska celler. Förutsättningen är att känna till den specifika tumörens genetik och biologi, ingen enkel uppgift.
Trudy Oliver, PhD'05, som anslöt sig till avdelningen för farmakologi och cancerbiologiska fakulteten som en Duke Science and Technology Scholar, studerar cancerutveckling och biologin hos tumörsubtyper, särskilt skivepitelcellslungcancer och småcellig lungcancer.
"Även inom småcellig lungcancer finns det undergrupper som beter sig annorlunda från varandra," sa hon. Några av de behandlingar hon har identifierat är i kliniska prövningar
"Vårt arbete tyder på att när du skräddarsyr terapi för dessa undergrupper kan du göra skillnad i resultatet."
-Trudy Oliver, PhD'05
Några av de behandlingar hon har identifierat är i kliniska prövningar.
Sandeep Dave, MD, välkommen Distinguished Professor of Medicine, leder ett ambitiöst projekt för att analysera genomik av de mer än 100 olika typerna av blodcancer. Hans projekt kommer att effektivisera diagnosen av blodcancer och avslöja potentiella behandlingsmål.
"Alla cancerformer uppstår från genetiska förändringar som tillåter cancer att överleva och frodas på värdens bekostnad", sa han. "Dessa genetiska förändringar är ett tveeggat svärd - de tillåter dessa cancerceller att växa, men å andra sidan ger de specifika sårbarheter som vi potentiellt kan utnyttja."
Dave sa att hans bakgrund inom datavetenskap, genetik och onkologi hjälpte honom när han designade projektet, som använder enorma datamängder.
"Vi har gjort det tunga lyftet när det gäller verktygsutveckling och metodik, som är mogen att tillämpas på alla andra typer av cancer."
-Sandeep Dave, MD
Cancerskillnader
Cancerskillnader orsakas av ett komplext samspel av faktorer, inklusive tillgång till hälsovård och andra resurser, institutionella barriärer, strukturell rasism och biologi, såsom härkomstrelaterad genetik. Till exempel bidrar vissa genetiska biologiska faktorer och sociala element till skillnader i många typer av cancer.
"Cancerbehandling närmar sig detta personliga utrymme där patienter inte längre behandlas med ett paradigm som passar alla."
-Tammara Watts, MD, PhD
"Det blir allt mer uppenbart att det finns skillnader i resultat med avseende på ras och etnicitet", säger Tammara Watts, MD, PhD, docent i huvud- och nackkirurgi och kommunikationsvetenskap, och biträdande direktör för jämlikhet, mångfald och inkludering vid DCI . "Den mycket breda hypotesen är att det finns genetiska härkomstrelaterade förändringar som kan spela en avgörande roll i de olika kliniska resultat vi ser varje dag hos våra cancerpatienter."
Till exempel har självidentifierade vita patienter med halscancer associerad med humant papillomvirus (HPV) bättre resultat jämfört med självidentifierade svarta patienter, även när de kontrollerar för element som tillgång till hälsovård, utbildning och socioekonomisk status.
Watts samarbetar med bioinformatikexperter vid DCI för att försöka identifiera signifikanta skillnader i genuttryck mellan de två grupperna.
"Jag försöker reta ut skillnader som kan ha effekt för missgynnade patienter baserat på ras och etnicitet," sa hon. "Men det kan finnas skillnader som kan vara användbara för att utforma riktade behandlingar för en bred grupp patienter."
Det beror på att en riktad behandling för ett visst genetiskt uttryck som kan förekomma vanligare hos svarta människor skulle hjälpa alla patienter med det uttrycket, oavsett ras eller etnicitet.
Watts är långt ifrån ensam om att forska om cancerskillnader vid DCI. Tomi Akinyemiju, PhD, docent i befolkningshälsovetenskap, använder epidemiologi för att studera både biologiska faktorer och sociala element som bidrar till skillnader i många typer av cancer.
Jennifer Freedman, PhD, docent i medicin, Daniel George, MD'92, professor i medicin, och Steven Patierno, PhD, professor i medicin och biträdande direktör för DCI, studerar den molekylära grunden för varför prostata-, bröst- och lungcancer tenderar att vara mer aggressiva och dödliga hos patienter som själv identifierar sig som svarta. Patierno, som har varit en nationell ledare inom forskning om cancerskillnader i mer än 20 år, leder Duke Cancer Disparities SPORE (Specialized Program of Research Excellence), finansierat av National Cancer Institute. SPORE-anslaget stödjer dessa forskare såväl som andra DCI-team som arbetar med cancer i bröst, lungor, mage och huvud och nacke.
"En av de saker som imponerar på mig är att [forskning om cancerskillnader] har hög prioritet inom DCI," sa Watts, som började på fakulteten 2019. "Dessa grupper är aktivt engagerade och samarbetar och ställer frågorna som kommer att driva förändringar för patienter som har sämre resultat som är relaterade till härkomst.”
Risk, upptäckt, avlyssning
Ännu bättre än en cancerkur är att undvika cancer helt och hållet.
Vid DCI, Meira Epplein, PhD, docent i befolkningshälsovetenskap, och Katherine Garman, MD'02, MHS'02, HS'02-'06, HS'09, associerad professor i medicin, ser till att minska förekomsten av magcancer genom att förbättra upptäckt och behandling av bakterierna Helicobacter pylori, vilken kan sättas igång en kaskad som leder till magcancer. Epplein och Garman, som också finansieras av Duke Cancer Disparities SPORE-anslaget, hoppas att deras arbete kommer att minska skillnaderna eftersom H. pylori-infektioner och magcancer är både vanligare bland afroamerikaner än vita.
När det inte är framgångsrikt att förebygga cancer är det näst bästa att upptäcka och behandla tidigt. Ett relativt nytt koncept inom cancervården är "avlyssning", vilket innebär att fånga cancer precis när, eller till och med precis innan, den börjar.
"Poängen är att förhindra att det utvecklas till fullskalig malignitet", sa Patierno. "Med andra ord, stoppa cancern från att komma över sin egen mållinje."
Patierno föreställer sig en framtid där patienter med pre-cancerösa tillstånd eller tidig cancer kan ta ett piller för att stoppa cancerutvecklingen utan att döda celler - med andra ord en icke-cytotoxisk behandling, till skillnad från vanlig kemoterapi.
"Vi vet att det finns där, men vi kommer inte att förgifta det eller bränna det eller skära ut det eftersom alla dessa har biverkningar. Vi kommer att hitta ett icke-cytotoxiskt sätt att förhindra att det fortskrider. Det är målet."
-Steven Patierno, PhD
Läs om alumner som gör skillnad
i cancerforskning och vård:
Ändra status Quo: Lori Pierce MD'85
Behandla hela personen: Arif Kamal, MD, HS'12, MHS'15
Inriktning mot cancertillväxtens frön: Eugenie S. Kleinerman, MD'75, HS'75
En upptäckt som kommer från ingenstans: Bill Kaelin, BS'79, MD'82
Berättelsen publicerades ursprungligen i DukeMed Alumni News, hösten 2022.
Läs mer från DukeMed Alumni News
Ursprunglig artikelkälla: Duke idag