Nanodeeltjes ‘liften’ op immuuncellen om kankeruitzaaiingen vroegtijdig op te sporen

Lymfeklieren zijn de kanaries in de kolenmijn van ons immuunsysteem: ze schieten in actie bij de eerste indicatie van ziekte en sturen vervolgens immuuncellen naar de plek waar ze nodig zijn in het lichaam om infecties en ziekten te bestrijden.

Voor de bijna 20 miljoen patiënten over de hele wereld die elk jaar de diagnose kanker krijgen, zijn de lymfeklieren een onschatbare vroege indicator van de vraag of hun kanker is uitgezaaid – wanneer kankercellen zich naar een ander orgaan beginnen te verspreiden. Door metastasen zo vroeg mogelijk op te sporen, kunnen de patiënten de noodzakelijke chemotherapie en immuuntherapieën krijgen die hun prognose enorm zullen verbeteren.

Onderzoekers van het Alfred E. Mann Department of Biomedical Engineering van het USC hebben een nieuw nanodeeltje ontwikkeld dat kan meeliften op immuuncellen of monocyten. Vanwege zijn kleine formaat kan het deeltje rechtstreeks in de lymfeklieren terechtkomen en helpen metastasen op MRI’s te laten verschijnen, waar het anders te moeilijk zou zijn om te detecteren. De resultaten zouden kunnen leiden tot geavanceerdere contrastmiddelen die bij patiënten kunnen worden geïnjecteerd om de MRI-kankerscreenings van de lymfeklieren te verbeteren.

Het werk is geweest gepubliceerd in ACS Nano en werd geleid door Dr. Karl Jacob Jr. en Karl Jacob III Early-Career Chair Eun Ji Chung, en Noah Trac, een Ph.D. student in het Chung Lab.

Hoewel lymfeklieren een essentiële factor zijn bij de detectie van kanker, is het screenen ervan via een biopsie pijnlijk en invasief, en kan dit leiden tot ongewenste bijwerkingen zoals infectie, lymfoedeem en trombose. Beeldvormingshulpmiddelen zoals MRI-detectie zijn niet-invasief. Toch hebben ze ook aanzienlijke tekortkomingen als het gaat om het screenen van lymfeklieren,

“MRI’s zullen kijken naar de grootte van de lymfeklier, maar dat heeft geen goed verband en verband met het feit dat het metastatisch is,” zei Chung. “Zelfs als je verkouden bent, zullen je lymfeklieren gaan ontsteken.”

“Het grootste probleem met de huidige MRI-technieken is niet dat ze de immuuncellen niet detecteren,” zei Trac. “Een groot probleem met de huidige contrastmiddelen is dat er geen kankergericht mechanisme is, dus de meeste lymfeklieren worden gelijkmatig verlicht, ongeacht of er wel of geen kanker is.”

Om deze uitdaging aan te gaan, hebben Chung, Trac en hun co-auteurs een nanodeeltje ontwikkeld dat zich richt op een receptor die aanwezig is op zowel tumorcellen als immuuncelmonocyten – cellen die naar de lymfeklieren reizen en steeds vaker voorkomen onder ziekteomstandigheden.

“Het idee achter dit nanodeeltje is om te proberen de afgifte van het gadolinium-contrastmiddel te richten op lymfeklieren die kanker hebben, zodat ze helderder op de MRI verschijnen dan gezonde lymfeklieren,” zei Trac.

Het diagnostische instrument zou ook een sterke klinische waarde bieden voor artsen om niet alleen voor de eerste keer uitzaaiingen op te sporen tijdens een initiële diagnose van kanker, maar het zal artsen ook in staat stellen om herhaling van kanker te volgen.

“Stel maar dat een primaire tumor is verwijderd, maar misschien hebben ze niet alles gekregen, of komt de kanker terug en is hij voor de tweede keer uitgezaaid. Terugkerende metastasen zijn veel moeilijker te detecteren en kunnen tot slechtere resultaten voor de patiënt leiden ’, zei Chung.

Meeliften om kanker te verlichten

De nanodeeltjes werken door zich te richten op een eiwit dat tot expressie wordt gebracht door kankercellen, bekend als C-C chemokine receptor 2 (CCR2). De deeltjes “liften” op de immuuncel-monocyten die het lichaam produceert en die dezelfde receptor ook tot expressie brengen als reactie op de kanker. De monocyten geven de deeltjes vervolgens een vrije rit naar de lymfeklieren, waar de deeltjes de uitgezaaide kankercellen effectief kunnen benadrukken en een duidelijkere detectie via MRI mogelijk maken.

“De reden waarom dit mechanisme werkt, naast de targeting-elementen, is omdat onze deeltjesgrootte ook zeer uniek is en de lymfeklieren kan bereiken,” zei Chung. “We ontdekten dat er een grens is aan de grootte en dat ons deeltjestype de lymfeklieren kan binnendringen en zich kan richten op kankercellen die daar zijn terechtgekomen, samen met de monocyten die deze receptor tot expressie brengen.”

Het proces biedt baanbrekende voordelen voor de vroege detectie van kankermetastasen in de lymfeklieren. Terwijl voorheen metastasen alleen konden worden beoordeeld aan de hand van een toename van de omvang van de lymfeklieren; de nieuwe Chung Lab-deeltjes zouden kunnen leiden tot MRI-contrastmiddelen die metastatische cellen in lymfeklieren kunnen benadrukken die anders normaal lijken. In experimenten met een muismodel toonde het team aan dat de deeltjes het door MRI gedetecteerde signaal met wel 50% verhoogden.

“De deeltjes versterken het signaal, en we kunnen dat zien op punten waar de lymfeklieren nog niet in grootte zijn veranderd en de uitzaaiing al heel vroeg is. We bieden dit voordeel waar je klinisch gezien niet in staat zou zijn om überhaupt uitzaaiingen te zien,” zei Chung.

De volgende stap voor het onderzoeksteam is om hun werk dichter bij klinische toepassingen voor MRI-contrastmiddelen te brengen. Het werk is ingediend bij het Nanoparticle Characterization Laboratory van de National Institutes of Health, waar een derde partij het werk zal beoordelen en valideren, zodat het dichter bij menselijke proeven kan komen.