Bukspottkörtelcancer genombrott? Gelliknande, radioaktivt implantat utplånar det hos möss

Publiceringsdatum: 24 oktober 2022

Biomedicinska ingenjörer vid Duke University har visat den mest effektiva behandlingen för bukspottskörtelcancer någonsin inspelad i musmodeller. Medan de flesta musförsök helt enkelt anser att det är en framgång att stoppa tillväxten, eliminerade den nya behandlingen helt tumörer i 80% hos möss över flera modelltyper, inklusive de som anses vara svårast att behandla.

Metoden kombinerar traditionella kemoterapiläkemedel med en ny metod för att bestråla tumören. Istället för att leverera strålning från en extern stråle som färdas genom frisk vävnad, implanterar behandlingen radioaktivt jod-131 direkt i tumören i en gelliknande depå som skyddar frisk vävnad och absorberas av kroppen efter att strålningen försvinner.

Resultaten visas online den 19 oktober i tidskriften Nature Biomedical Engineering.

"Vi gjorde en djupdykning genom över 1100 behandlingar i prekliniska modeller och hittade aldrig resultat där tumörerna krympte bort och försvann som vår gjorde", säger Jeff Schaal, som genomförde forskningen under sin doktorsexamen i laboratoriet för Ashutosh Chilkoti, Alan L. Kaganov Distinguished Professor of Biomedical Engineering vid Duke. "När resten av litteraturen säger att det vi ser inte händer, det var då vi visste att vi hade något extremt intressant."

Trots att endast 3,2% av alla cancerfall står för, är bukspottkörtelcancer den tredje vanligaste orsaken till cancerrelaterad död. Det är mycket svårt att behandla eftersom dess tumörer tenderar att utveckla aggressiva genetiska mutationer som gör den resistent mot många läkemedel, och den diagnostiseras vanligtvis mycket sent, när den redan har spridit sig till andra platser i kroppen.

Den nuvarande ledande behandlingen kombinerar kemoterapi, som håller cellerna i ett reproduktionsstadium som är sårbara för strålning under längre tidsperioder, med en strålstråle riktad mot tumören. Detta tillvägagångssätt är emellertid ineffektivt om inte en viss tröskel för strålning når tumören. Och trots de senaste framstegen när det gäller att forma och rikta strålstrålar är den tröskeln mycket svår att nå utan att riskera allvarliga biverkningar.

En annan metod som forskare har prövat är att implantera ett radioaktivt prov inkapslat i titan direkt i tumören. Men eftersom titan blockerar all strålning förutom gammastrålning, som färdas långt utanför tumören, kan den bara stanna kvar i kroppen under en kort tid innan skador på omgivande vävnad börjar motverka syftet.

"Det finns helt enkelt inget bra sätt att behandla cancer i bukspottkörteln just nu", säger Schaal, som nu är forskningsdirektör vid Cereius, Inc., en bioteknikstartup i Durham, North Carolina som arbetar med att kommersialisera en riktad radionuklidterapi genom ett annat tekniksystem.

För att komma över dessa problem bestämde sig Schaal för att prova en liknande implantationsmetod med användning av ett ämne gjord av elastinliknande polypeptider (ELP), som är syntetiska kedjor av aminosyror som är bundna till en gelliknande substans med skräddarsydda egenskaper. Eftersom ELP:er är ett fokus för Chilkoti-labbet, kunde han arbeta med kollegor för att designa ett leveranssystem som var väl lämpat för uppgiften.

ELP:erna finns i flytande tillstånd vid rumstemperatur men bildar en stabil gelliknande substans i den varmare människokroppen. När de injiceras i en tumör tillsammans med ett radioaktivt element, bildar ELP:erna en liten depå som omsluter radioaktiva atomer. I det här fallet beslutade forskarna att använda jod-131, en radioaktiv isotop av jod, eftersom läkare har använt det flitigt i medicinska behandlingar i årtionden och dess biologiska effekter är välkända.

ELP-depån omsluter jod-131 och förhindrar att den läcker ut i kroppen. Jod-131 avger beta-strålning, som penetrerar biogelen och avsätter nästan all sin energi i tumören utan att nå den omgivande vävnaden. Med tiden bryts ELP-depån ned till sina ingående aminosyror och absorberas av kroppen - men inte innan jod-131 har sönderfallit till en ofarlig form av xenon.

"Beta-strålningen förbättrar också stabiliteten hos ELP-biogelen," sa Schaal. "Det hjälper depån att hålla längre och förstöras efter att strålningen är förbrukad."

I den nya artikeln testade Schaal och hans medarbetare i Chilkoti-laboratoriet den nya behandlingen tillsammans med paklitaxel, ett vanligt förekommande kemoterapiläkemedel, för att behandla olika musmodeller av pankreascancer. De valde cancer i bukspottkörteln på grund av dess ökendom för att vara svår att behandla, i hopp om att visa att deras radioaktiva tumörimplantat skapar synergistiska effekter med kemoterapi som relativt kortlivad strålbehandling inte gör.

Forskarna testade sitt tillvägagångssätt på möss med cancer precis under huden skapad av flera olika mutationer som är kända för att förekomma i bukspottkörtelcancer. De testade det också på möss som hade tumörer i bukspottkörteln, vilket är mycket svårare att behandla.

Totalt sett såg testerna en svarsfrekvens på 100% över alla modeller, där tumörerna eliminerades helt i tre fjärdedelar av modellerna ungefär 80% av tiden. Testerna avslöjade också inga direkt uppenbara biverkningar utöver vad som orsakas av enbart kemoterapi.

"Vi tror att den konstanta strålningen tillåter läkemedlen att interagera med dess effekter starkare än extern strålterapi tillåter," sa Schaal. "Det får oss att tro att detta tillvägagångssätt faktiskt kan fungera bättre än extern strålterapi för många andra cancerformer också."

Tillvägagångssättet är dock fortfarande i sina tidiga prekliniska stadier och kommer inte att vara tillgängligt för mänsklig användning när som helst snart. Forskarna säger att deras nästa steg är stora djurförsök, där de kommer att behöva visa att tekniken kan göras exakt med de befintliga kliniska verktyg och endoskopitekniker som läkare redan är utbildade i. Om de lyckas, ser de mot en klinisk fas 1-prövning på människor.

"Mitt labb har arbetat med att utveckla nya cancerbehandlingar i nästan 20 år, och det här arbetet är kanske det mest spännande vi har gjort när det gäller dess potentiella inverkan, eftersom bukspottkörtelcancer i sen skede är omöjlig att behandla och alltid är dödlig, sade Chilkoti. "Bukspottkörtelcancerpatienter förtjänar bättre behandlingsalternativ än vad som är tillgängliga för närvarande, och jag är djupt engagerad i att ta detta hela vägen in på kliniken."

Denna forskning stöddes av National Institutes of Health (5R01EB000188) och National Cancer Institute (R35CA197616).

CITATION: "Bracytherapy Via a Depot of Biopolymer-Bound 131I Synergizes With Nanoparticle Paclitaxel in Therapy-Resistant Pancreatic Tumours," Jeffrey L. Schaal, Jayanta Bhattacharyya, Jeremy Brownstein, Kyle C. Strickland, Garrett Kelly, Samshua Soumen Saha, Joshua Soumen Saha, Banskota, Xinghai Li, Wenge Liu, David G. Kirsch, Michael R Zalutsky och Ashutosh Chilkoti. Nature Biomedical Engineering, 2022. DOI: 10.1038/s41551-022-00949-4

Länk: https://www.nature.com/articles/s41551-022-00949-4

Duke bild

Ursprunglig artikelkälla: WRAL TechWire