Inżynierowie biomedyczni z Duke University wykazali najskuteczniejsze leczenie raka trzustki, jakie kiedykolwiek zarejestrowano na modelach mysich. Podczas gdy większość prób na myszach uważa po prostu zatrzymanie wzrostu za sukces, nowa terapia całkowicie wyeliminowała guzy u 80% myszy w kilku typach modeli, w tym tych uważanych za najtrudniejsze w leczeniu.
Podejście łączy tradycyjne leki chemioterapeutyczne z nową metodą napromieniania guza. Zamiast dostarczać promieniowanie z zewnętrznej wiązki, która przemieszcza się przez zdrową tkankę, leczenie wszczepia radioaktywny jod-131 bezpośrednio do guza w żelowatym składzie, który chroni zdrową tkankę i jest absorbowany przez organizm po zaniku promieniowania.
Wyniki pojawiły się online 19 października w czasopiśmie Nature Biomedical Engineering.
„Przeprowadziliśmy głębokie nurkowanie przez ponad 1100 zabiegów w modelach przedklinicznych i nigdy nie znaleźliśmy wyników, w których guzy kurczyły się i znikały tak jak nasze” – powiedział Jeff Schaal, który prowadził badania podczas swojego doktoratu w laboratorium Ashutosha Chilkotiego, Alana L. Kaganov Zasłużony profesor inżynierii biomedycznej w Duke. „Kiedy reszta literatury mówi, że to, co widzimy, nie wydarza się, wtedy wiedzieliśmy, że mamy coś niezwykle interesującego”.
Mimo że stanowi tylko 3,2% wszystkich przypadków raka, rak trzustki jest trzecią najczęstszą przyczyną zgonów z powodu raka. Jest bardzo trudna w leczeniu, ponieważ jej guzy mają tendencję do rozwijania agresywnych mutacji genetycznych, które czynią ją oporną na wiele leków, i zazwyczaj jest diagnozowana bardzo późno, kiedy już rozprzestrzeniła się na inne miejsca w organizmie.
Obecne wiodące leczenie łączy chemioterapię, która utrzymuje komórki na etapie reprodukcji podatne na promieniowanie przez dłuższy czas z wiązką promieniowania skierowaną na guz. Takie podejście jest jednak nieskuteczne, o ile pewien próg promieniowania nie dociera do guza. I pomimo ostatnich postępów w kształtowaniu i ukierunkowywaniu wiązek promieniowania, próg ten jest bardzo trudny do osiągnięcia bez ryzyka wystąpienia poważnych skutków ubocznych.
Inna metoda, którą wypróbowali badacze, polega na wszczepieniu próbki radioaktywnej otoczonej tytanem bezpośrednio do guza. Ale ponieważ tytan blokuje całe promieniowanie inne niż promienie gamma, które przemieszczają się daleko poza guz, może on pozostać w ciele tylko przez krótki czas, zanim uszkodzenie otaczającej tkanki zacznie niweczyć cel.
„Nie ma teraz dobrego sposobu na leczenie raka trzustki” – powiedział Schaal, który jest obecnie dyrektorem ds. badań w Cereius, Inc., startupie biotechnologicznym w Durham w Północnej Karolinie, pracującym nad komercjalizacją ukierunkowanej terapii radionuklidowej za pomocą innego schematu technologicznego.
Aby ominąć te problemy, Schaal zdecydował się wypróbować podobną metodę implantacji, wykorzystując substancję wykonaną z polipeptydów elastynowo-podobnych (ELP), które są syntetycznymi łańcuchami aminokwasów połączonymi ze sobą, tworząc żelową substancję o dostosowanych właściwościach. Ponieważ laboratorium Chilkoti koncentruje się na ELP, był w stanie współpracować z kolegami, aby zaprojektować system dostarczania dobrze dostosowany do tego zadania.
ELP istnieją w stanie ciekłym w temperaturze pokojowej, ale tworzą stabilną żelowatą substancję w cieplejszym ludzkim ciele. Po wstrzyknięciu do guza wraz z pierwiastkiem radioaktywnym, ELP tworzą mały magazyn zawierający radioaktywne atomy. W tym przypadku naukowcy zdecydowali się na użycie jodu-131, radioaktywnego izotopu jodu, ponieważ lekarze od dziesięcioleci powszechnie stosują go w leczeniu, a jego działanie biologiczne jest dobrze poznane.
Magazyn ELP zamyka jod-131 i zapobiega jego wyciekaniu do organizmu. Jod-131 emituje promieniowanie beta, które przenika przez biożel i odkłada prawie całą swoją energię w guzie, nie docierając do otaczających tkanek. Z biegiem czasu skład ELP rozkłada się na składowe aminokwasy i jest wchłaniany przez organizm – ale nie wcześniej niż jod-131 rozpada się na nieszkodliwą formę ksenonu.
„Promieniowanie beta poprawia również stabilność biożelu ELP” – powiedział Schaal. „To pomaga magazynowi przetrwać dłużej i rozpadać się dopiero po zużyciu promieniowania”.
W nowym artykule Schaal i jego współpracownicy z laboratorium Chilkoti przetestowali nowe leczenie w połączeniu z paklitakselem, powszechnie stosowanym lekiem w chemioterapii, w leczeniu różnych mysich modeli raka trzustki. Wybrali raka trzustki ze względu na jego niesławę, ponieważ jest trudny do leczenia, mając nadzieję na wykazanie, że ich radioaktywny implant nowotworowy tworzy efekty synergiczne z chemioterapią, których nie zapewnia stosunkowo krótkotrwała terapia wiązką promieniowania.
Naukowcy przetestowali swoje podejście na myszach z nowotworami tuż pod skórą, powstałymi w wyniku kilku różnych mutacji, o których wiadomo, że występują w raku trzustki. Przetestowali go również na myszach, które miały guzy w trzustce, co jest znacznie trudniejsze w leczeniu.
Ogólnie rzecz biorąc, testy wykazały 100% wskaźnik odpowiedzi we wszystkich modelach, przy czym guzy zostały całkowicie wyeliminowane w trzech czwartych modeli w około 80% przypadków. Testy nie ujawniły również żadnych bezpośrednio widocznych skutków ubocznych poza tym, co jest spowodowane samą chemioterapią.
„Uważamy, że stałe promieniowanie pozwala lekom na oddziaływanie z jego efektami silniej niż pozwala na to terapia wiązką zewnętrzną” – powiedział Schaal. „To sprawia, że myślimy, że to podejście może faktycznie działać lepiej niż terapia wiązką zewnętrzną w przypadku wielu innych nowotworów”.
Podejście to jest jednak nadal we wczesnym stadium przedklinicznym i w najbliższym czasie nie będzie dostępne do użytku u ludzi. Naukowcy twierdzą, że ich następnym krokiem są duże próby na zwierzętach, w których będą musieli wykazać, że technikę tę można dokładnie wykonać za pomocą istniejących narzędzi klinicznych i technik endoskopowych, w zakresie których lekarze są już przeszkoleni. Jeśli się powiedzie, patrzą w kierunku badania klinicznego fazy 1 na ludziach.
„Moje laboratorium pracuje nad opracowywaniem nowych metod leczenia raka od blisko 20 lat, a ta praca jest prawdopodobnie najbardziej ekscytująca, jaką wykonaliśmy pod względem jej potencjalnego wpływu, ponieważ późny rak trzustki jest niemożliwy do leczenia i niezmiennie jest śmiertelny. – powiedział Chilkoti. „Pacjenci z rakiem trzustki zasługują na lepsze opcje leczenia niż są obecnie dostępne i jestem głęboko zaangażowany, aby zabrać to wszystko do kliniki”.
Badania te były wspierane przez National Institutes of Health (5R01EB000188) i National Cancer Institute (R35CA197616).