Nanogeneeskunde dringt de hersenen binnen, roeit terugkerende hersenkanker bij muizen uit

Een nieuw synthetisch proteïne-nanodeeltje dat langs de bijna ondoordringbare bloed-hersenbarrière kan glippen, zou kankerdodende medicijnen rechtstreeks aan kwaadaardige hersentumoren kunnen afgeven, blijkt uit nieuw onderzoek van de Universiteit van Michigan.

De studie is de eerste die een intraveneuze medicatie aantoont die de bloed-hersenbarrière kan passeren.

De ontdekking, die werd aangetoond bij muizen, zou nieuwe klinische therapieën mogelijk kunnen maken voor de behandeling van glioblastoom, de meest voorkomende en agressieve vorm van hersenkanker bij volwassenen, en een waarvan de incidentie in veel landen toeneemt. De gemiddelde overleving van patiënten met glioblastoom is tegenwoordig ongeveer 18 maanden; het gemiddelde overlevingspercentage na 5 jaar is lager dan 5%.

In combinatie met straling leidde de intraveneus geïnjecteerde therapie van het UM-team tot overleving op de lange termijn bij zeven van de acht muizen. Toen die zeven muizen opnieuw een glioblastoom kregen, traden hun immuunresponsen in werking om de hergroei van de kanker te voorkomen – zonder enige aanvullende therapeutische medicijnen of andere klinische behandelingen.

“Het is nog steeds een beetje een wonder voor ons”, zegt Joerg Lahann, de Wolfgang Pauli Collegiate Professor of Chemical Engineering en een co-senior auteur van de paper, die verschijnt in Nature Communications. “Waar we enkele niveaus van tumorgroei zouden verwachten, vormden ze zich gewoon niet toen we de muizen opnieuw uitdaagden. Ik heb meer dan 10 jaar op dit gebied gewerkt en heb zoiets nog nooit gezien.”

De bevindingen suggereren dat de combinatie van therapeutische medicijnen en de afgiftemethoden van nanodeeltjes door het UM-team niet alleen de primaire tumor heeft uitgeroeid, maar ook resulteerde in een immunologisch geheugen, of het vermogen om de resterende kwaadaardige kankercellen sneller te herkennen en aan te vallen.

“Dit is een enorme stap in de richting van klinische implementatie”, zegt Maria G. Castro, de RC Schneider Collegiate Professor in Neurochirurgie en een co-senior auteur van de paper. “Dit is de eerste studie die het vermogen aantoont om therapeutische geneesmiddelen systemisch of intraveneus toe te dienen, die ook de bloed-hersenbarrière kunnen passeren om tumoren te bereiken.”

Vijf jaar geleden wist Castro hoe ze glioblastoom wilde aanpakken. Ze wilde een signaal stoppen dat kankercellen uitzenden, bekend als STAT3, om immuuncellen te misleiden zodat ze een veilige doorgang in de hersenen krijgen. Als ze dat pad met een remmer zou kunnen afsluiten, zouden de kankercellen worden blootgesteld en zou het immuunsysteem ze kunnen uitschakelen. Maar ze had geen manier om voorbij de bloed-hersenbarrière te komen.

Ze woonde een workshop bij bij het Biointerfaces Institute, dat Lahann leidt, en de twee bespraken het probleem. Het team van Lahann begon te werken aan een nanodeeltje dat een STAT3-remmer langs de bloed-hersenbarrière kon vervoeren.

Een eiwit genaamd menselijk serumalbumine, dat aanwezig is in het bloed, is een van de weinige moleculen die de bloed-hersenbarrière kan passeren, dus het team van Lahann gebruikte het als de structurele bouwsteen voor hun nanodeeltjes. Ze gebruikten synthetische moleculen om deze eiwitten aan elkaar te koppelen en bevestigden vervolgens de STAT3-remmer en een peptide genaamd iRGD, dat dient als een tumor-homing-apparaat.

In de loop van drie weken ontving een cohort muizen meerdere doses van de nieuwe nanogeneeskunde, waardoor de mediane overleving van muizen werd verlengd tot 41 dagen, tegen 28 dagen voor onbehandelde muizen. Na dat succes voerde het team een ​​tweede muisstudie uit waarbij het medicijn werd gebruikt naast de huidige zorgstandaard: gerichte radiotherapie. Zeven van de acht muizen bereikten een langdurige overleving en leken volledig tumorvrij, zonder tekenen van kwaadaardige, invasieve tumorcellen.

De onderzoekers zeggen dat hun synthetische proteïne-nanodeeltjes, na verdere ontwikkeling en preklinische testen, kunnen worden gebruikt om andere kleinmoleculige geneesmiddelen en therapieën af te leveren aan momenteel “ongeneeslijke” vaste tumoren.

Het artikel “Systemische hersentumorafgifte van synthetische eiwitnanodeeltjes voor glioblastoomtherapie” verschijnt in Nature Communications.