Experimentele nanomedicijnen leveren chemotherapiemedicijnen rechtstreeks aan tumoren bij muizen

Onderzoekers van het University of Chicago Medicine Comprehensive Cancer Center hebben een nanomedicijn ontwikkeld dat de penetratie en accumulatie van chemotherapiemedicijnen in tumorweefsel vergroot en kankercellen bij muizen effectief doodt.

De studie, gepubliceerd in Wetenschappelijke vooruitgangricht zich op een beperking van chemotherapie. Hoewel chemotherapie de primaire behandelingsoptie is voor de meeste vormen van kanker, wordt een groot deel van het medicijn snel afgebroken door enzymen in het lichaam of snel opgeruimd door de nieren voordat het het tumorweefsel bereikt. Bovendien bereikt een groot deel van het medicijn in het systeem gezond weefsel, wat leidt tot toxische bijwerkingen.

Om deze uitdaging te overwinnen, is een opkomende aanpak het verpakken van chemotherapiemedicijnen in nanodeeltjes. Deze deeltjes, die zo klein zijn dat ze zelfs onder een microscoop onzichtbaar zijn, kunnen chemotherapiemiddelen rechtstreeks naar de tumor brengen. Hoewel veelbelovend, moet nanomedicijnen nog aanzienlijk worden verbeterd in hun vermogen om het medicijn in tumorcellen af ​​te zetten.

Wenbin Lin, de James Franck hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van Chicago, is een pionier in de ontwikkeling van nanodeeltjes voor medische beeldvorming en medicijnafgifte. De nieuwe studie van zijn lab rapporteert een nieuwe aanpak om de effecten van nanomedicijnen te verbeteren, die effectief bleek bij muizen en die ze hopen te verplaatsen naar preklinische tests.

Een beter schip

Chemotherapiemedicijnen bereiken tumorcellen door van bloedvaten over te steken naar het aangrenzende tumorweefsel. Maar kankercellen rekruteren vaak nabijgelegen bloedvaten om andere weefsels binnen te dringen, en deze haastig gecreëerde vaten zijn vaak abnormaal – ze creëren onregelmatige bloedstroompatronen en maken het moeilijk voor een medicijn om het tumorweefsel effectief te penetreren.

Wetenschappers keken naar een bepaald pad dat bekend staat als STING, voor stimulator of interferon genen. STING-activering verstoort de tumorvasculatuur – de opstelling van bloedvaten – en vergroot de lekkage van bloedvaten in de buurt van de tumor. Maar eerdere pogingen om STING te activeren hadden niet de gewenste resultaten opgeleverd.

Lin en zijn team ontwierpen een klein polymeer dat zowel de STING als het chemotherapiemedicijn inkapselt. Dit maakt gebruik van de unieke eigenschap van STING-activatoren door ze samen met chemotherapiemedicijnen af ​​te leveren, met het idee dat STING-activering de permeabiliteit van bloedvaten rond de tumor vergroot en zo de effecten van de chemotherapie zal versterken.

“We hebben een nieuwe manier ontdekt om STING-activatoren te gebruiken om de bloedvaten in tumoren te verstoren, zodat de medicijnafgifte aan tumoren wordt verbeterd zonder dat dit ten koste gaat van andere weefsels”, aldus Lin.

“STING-activatoren hebben op zichzelf niet zo goed gewerkt, maar door nanomedicijnen te creëren, denk ik dat we STING-activatoren ook alleen of in combinatie kunnen laten werken. Dat is wat mij betreft een belangrijke bijdrage”, aldus Ralph Weichselbaum, Daniel K. Ludwig Distinguished Service Professor, Chair of Radiation and Cellular Oncology aan de UChicago en hoofdauteur van de nieuwe studie.

Het onderzoeksteam evalueerde de antitumoreffecten van de therapie bij verschillende soorten tumoren bij muizen en ontdekte sterke antitumoreffecten met een sterke remming van de tumorgroei en hoge genezingspercentages.

“We merkten op dat straling STING activeert als een ziekteverwekker vanwege de dubbelstrengsbreuken die door straling worden veroorzaakt en, nog belangrijker, dat STING-agonisten nuttig kunnen zijn bij de behandeling van kanker”, aldus Weichselbaum.

De wetenschappers merkten ook op dat STING andere effecten kan hebben dan alleen de permeabiliteit van bloedvaten. Het STING-pad wordt geactiveerd door binnendringende pathogenen zoals bacteriën, virussen en afwijkend DNA van kanker en drijft een ontstekingsreactie aan om ongewenste cellen op te ruimen. STING-activering verhoogt ook de infiltratie van T-cellen en verandert immunologisch “koude” tumoren in zogenaamde “hete” of ontstoken tumoren, waardoor ze beter kunnen reageren op immunotherapiemiddelen zoals immuuncontrolepuntremmers.

Dit werk is het resultaat van een langdurige samenwerking tussen de afdelingen Natuurwetenschappen en Biologie van de Universiteit van Chicago.

“Dit is een van de hoogtepunten in mijn carrière, dat ik met Dr. Lin heb mogen samenwerken. Ik heb enorm geprofiteerd van zijn expertise op het gebied van het ontwikkelen van nanodeeltjes om klinische problemen op te lossen”, aldus Weichselbaum.

“De volgende stappen zijn het uitvoeren van meer validatiestudies en het voorbereiden op het opschalen van de technologie, zodat we deze hopelijk bij mensen kunnen testen”, aldus Lin.