Ερευνητές ανέπτυξαν μικροσκοπικά νανοσωματίδια πυριτίου που μπορούν να καταστρέψουν άμεσα τους όγκους του προστάτη και να αφυπνίσουν το ανοσοποιητικό σύστημα του οργανισμού για την καταπολέμηση του καρκίνου, σύμφωνα με μια νέα προκλινική μελέτη με επικεφαλής τους επιστήμονες του Weill Cornell Medicine και του Cornell Duffield College of Engineering. Σε μοντέλα επιθετικού καρκίνου του προστάτη σε ποντίκια, τα στοχευόμενα σωματίδια παρήγαγαν αρκετές πλήρεις υφέσεις όγκου, παρέχοντας ενθαρρυντικά στοιχεία ότι η προσέγγιση μπορεί τελικά να προχωρήσει σε κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους.
Κατασκευασμένα από άμορφο πυρίτιο, μια μορφή διοξειδίου του πυριτίου που βρίσκεται φυσικά στα τρόφιμα και τα απολιθωμένα υπολείμματα μικροσκοπικών οργανισμών, τα κατασκευασμένα νανοσωματίδια φαίνεται να επιτίθενται στον καρκίνο του προστάτη με πολλούς τρόπους ταυτόχρονα.
Μικροσκοπικά νανοσωματίδια με διπλές στρατηγικές καταπολέμησης του καρκίνου
Τα νανοσωματίδια, γνωστά ως νανοσωματίδια πυριτίου υπερμικρού φθορίζοντος πυρήνα του κελύφους ή Cornell prime dots (C’ dots), αναπτύχθηκαν αρχικά για τη βελτίωση της ιατρικής απεικόνισης. Έχουν ήδη προχωρήσει σε κλινικές δοκιμές τελευταίου σταδίου για χειρουργική επέμβαση καθοδηγούμενη από εικόνα και άλλες θεραπευτικές χρήσεις.
Πιο πρόσφατα, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι τα ίδια τα σωματίδια μπορούν να βλάψουν επιλεκτικά τα καρκινικά κύτταρα αφήνοντας τα υγιή κύτταρα σε μεγάλο βαθμό άθικτα.
Στη νέα μελέτη, που δημοσιεύτηκε στις 15 Ιουνίου Έρευνα για τον καρκίνοΈνα περιοδικό της Αμερικανικής Ένωσης για την Έρευνα Καρκίνου, η ομάδα εξέτασε τα νανοσωματίδια σε ποντίκια με επιθετικό καρκίνο του προστάτη. Διαπίστωσαν ότι τα σωματίδια έκαναν τα καρκινικά κύτταρα εξαιρετικά ευάλωτα σε μια μορφή αυτοκαταστροφής και μετέτρεψαν το περιβάλλον του όγκου από μια «ψυχρή» κατάσταση ανοσοανθεκτική σε μια «καυτή» κατάσταση ανοσοδραστική. Αυτή η αλλαγή θα μπορούσε να βελτιώσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα των υφιστάμενων ανοσοθεραπειών.
«Είμαστε πολύ ενθαρρυμένοι από αυτά τα αποτελέσματα· μια θεραπεία που προκαλεί άμεσα θάνατο καρκινικών κυττάρων, μεταμορφώνοντας παράλληλα το ανοσοποιητικό μικροπεριβάλλον, όπως συμβαίνει, θα αντιπροσώπευε ένα νέο κλινικό παράδειγμα», δήλωσε η ανώτερη συγγραφέας Δρ. Michelle Bradbury, Προικισμένη Καθηγήτρια Ερευνών Απεικόνισης στην Ακτινολογία και διευθύντρια του Ινστιτούτου Μοριακής Απεικόνισης Ινστιτούτου Med-WebYork. Ιατρικό Κέντρο Cornell.
Το έργο Το εργαστήριο του Δρ. Bradbury και ο συν-ανταποκριτής συγγραφέας Δρ. Ulrich Wiesner, Spencer T., Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών. Το Olin αποτελεί μέρος μιας μακροχρόνιας συνεργασίας μεταξύ του καθηγητή και του εργαστηρίου ενός καθηγητή στο Τμήμα Τεχνολογίας Σχεδιασμού του Κολλεγίου Αρχιτεκτονικής, Τέχνης και Σχεδιασμού. Η έρευνα έλαβε μερική υποστήριξη από το Parker Institute for Cancer Immunotherapy της Weill Cornell Medicine.
Πώς τα σωματίδια πυριτίου σκοτώνουν τα καρκινικά κύτταρα
Μια από τις πιο ασυνήθιστες ανακαλύψεις είναι μια διαδικασία που ονομάζεται «φερρόπτωση», μια ειδική μορφή κυτταρικού θανάτου που προκαλείται από υπερβολική οξείδωση μέσα στο κύτταρο. Κατά τη διάρκεια της φερρόπτωσης, η οξείδωση καταστρέφει κρίσιμα μόρια, ειδικά τα λιπαρά μόρια που αποτελούν τις κυτταρικές μεμβράνες, προκαλώντας τελικά τη διάσπαση των κυττάρων.
Οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην κατανοούν πλήρως πώς τα νανοσωματίδια ενεργοποιούν αυτή τη διαδικασία. Ωστόσο, τα στοιχεία δείχνουν ότι τα σωματίδια, τα οποία αρχικά σχεδιάστηκαν για να μεταφέρουν απεικονιστικούς παράγοντες, μπορούν να συλλέγουν θετικά φορτισμένο σίδηρο από την κυκλοφορία του αίματος και να τον μεταφέρουν στα καρκινικά κύτταρα. Μόλις μέσα, αυτά τα ιόντα σιδήρου μπορούν να τροφοδοτήσουν την έντονη οξείδωση που οδηγεί στη φερρόπτωση.
Επαναφύπνιση του ανοσοποιητικού συστήματος
Πέρα από την άμεση θανάτωση των καρκινικών κυττάρων, τα νανοσωματίδια έχουν επίσης αναδιαμορφώσει το ανοσοποιητικό περιβάλλον γύρω από τον καρκίνο.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα Τ κύτταρα, τα μακροφάγα και άλλα ανοσοκύτταρα κοντά στον όγκο μετατοπίστηκαν από ανενεργές ή ανοσοκατασταλτικές καταστάσεις σε ενεργά αντικαρκινικά κύτταρα. Τα νανοσωματίδια καθιστούν τους όγκους πιο ανταποκρινόμενους σε εγκεκριμένα φάρμακα ανοσοθεραπείας. Ταυτόχρονα, διαταράσσουν τις μεταβολικές διεργασίες σε μια ποικιλία τύπων κυττάρων εντός του μικροπεριβάλλοντος του όγκου, επιβραδύνοντας περαιτέρω την ανάπτυξη του όγκου.
Για να διασφαλιστεί ότι η θεραπεία θα φτάσει στα καρκινικά κύτταρα του προστάτη, η ομάδα προσάρτησε ένα μόριο στόχευσης που αναγνωρίζει την PSMA, μια πρωτεΐνη που βρίσκεται στην επιφάνεια των καρκινικών κυττάρων του προστάτη. Αν και ορισμένα σωματίδια συσσωρεύονται για λίγο σε άλλα όργανα όπως ο σπλήνας, οι ερευνητές δεν βρήκαν σημάδια τοξικότητας έξω από τον όγκο.
“Φαίνεται απίθανο — πώς είναι δυνατόν αντί για ένα μονοπάτι να βλέπουμε όλα αυτά τα αποτελέσματα να συμβαίνουν ταυτόχρονα και μόνο σε όγκους και όχι σε υγιή ιστό;” Δρ. Δρ. Wisner. «Πρέπει να σκεφτώ ότι η πολύ πρώιμη και πανταχού παρούσα παρουσία του εξαιρετικά μικρού πυριτίου στο περιβάλλον και σε τρόφιμα όπως τα λαχανικά ή τα δημητριακά του δίνει μια σύνδεση με τη βιολογία που μόλις αρχίζουμε να βλέπουμε».
Η συνδυαστική θεραπεία έδωσε τα ισχυρότερα αποτελέσματα
Τα πιο δραματικά αποτελέσματα προήλθαν από μελέτες επιβίωσης που αφορούσαν ποντίκια με διηθητικό καρκίνο του προστάτη.
Από μόνες τους, τόσο οι κουκκίδες C όσο και η ανοσοθεραπεία βελτίωσαν μέτρια την επιβίωση έναντι της μη θεραπείας. Ωστόσο, ο συνδυασμός νανοσωματιδίων με θεραπεία αποκλεισμού σημείων ελέγχου του ανοσοποιητικού συστήματος παρήγαγε πλήρη ή σχεδόν πλήρη ύφεση και αόριστη επιβίωση σε τέσσερα στα δέκα ποντίκια.
Η προσθήκη μιας τρίτης θεραπείας που ονομάζεται αποκλεισμός CSF-1R, η οποία στοχεύει μακροφάγα που σχετίζονται με όγκους, αύξησε τον αριθμό των πλήρους υφέσεων σε πέντε στα δέκα ποντίκια.
«Πιστεύουμε ότι δεν υπάρχει τίποτα πιο ισχυρό και ανθεκτικό στην καταστολή της ανάπτυξης του όγκου», είπε ο Δρ Bradbury.
«Μία από τις πιο εντυπωσιακές πτυχές αυτής της εργασίας είναι η ενσωμάτωση της άμεσης θανάτωσης των καρκινικών κυττάρων με την εκτεταμένη ανασύσταση του ανοσοποιητικού», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Dr. Zed Wolchok, Mayer Director του Sandra and Edward Meyer Cancer Center, Weill Cornell Professor of Medicine στο Weill Cornell Medicine, Parker Medical Institute. Κέντρο Καρκίνου και ογκολόγος στο NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center. «Δημιουργώντας συνθήκες που υποστηρίζουν μια πιο αποτελεσματική αντικαρκινική ανοσολογική απόκριση, αυτά τα σωματίδια μπορεί να βοηθήσουν στην απελευθέρωση του πλήρους δυναμικού της ανοσοθεραπείας στον καρκίνο του προστάτη, όπου οι παρατεταμένες αποκρίσεις ήταν ιστορικά δύσκολο να επιτευχθούν».
Το επόμενο βήμα είναι οι κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους
Ο Δρ. Bradbury ήταν ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης. Οι Nabil Siddiqui, Li Zhang και Gabrielle DeLeon, οι οποίοι ηγήθηκαν πολλών από τις βιολογικές, μηχανιστικές και μεταφραστικές μελέτες, μαζί με τους Dr. Οι απόφοιτοι Nada Naguib και Rachel Lee από το εργαστήριο του Wiesner, των οποίων η προσεκτική σύνθεση και ο χαρακτηρισμός των νανοσωματιδίων ήταν ουσιαστικής σημασίας για το έργο.
«Αυτή η μελέτη αντικατοπτρίζει μια συλλογική προσπάθεια σε πολλά εργαστήρια και δεν θα ήταν δυνατή χωρίς την αφοσίωση, τη δημιουργικότητα και την επιμονή αυτής της εξαιρετικής ερευνητικής ομάδας που βοήθησε στην πρόοδο της επιστήμης», είπε.
Η ερευνητική ομάδα συνεχίζει να διερευνά αυτά τα εξαιρετικά μικρά σωματίδια πυριτίου του κελύφους του πυρήνα ως μια πιθανή νέα κατηγορία θεραπείας καρκίνου ικανή να επηρεάζει ταυτόχρονα φλεγμονώδεις, ανοσολογικές και μεταβολικές οδούς. Ο μακροπρόθεσμος στόχος τους είναι να αξιολογήσουν την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα της θεραπείας σε κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους.
Η Δρ. Michelle Bradbury και ο Ulrich Wiesner είναι εφευρέτες σε διπλώματα ευρεσιτεχνίας που σχετίζονται με την τεχνολογία που περιγράφεται σε αυτή τη μελέτη.
Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Υπουργείο Άμυνας (PC220534). Μέσω του Εθνικού Ινστιτούτου Καρκίνου, μέρος των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας, με τους αριθμούς επιχορήγησης R01CA253658, R01CA243085, U54CA199081, Επιχορήγηση Υποστήριξης Κέντρου Καρκίνου (P30 CA008748) και Χρηματοδότηση του Cycle for Survival/Parker Institute.
