Nieuw nanotechologisch ontwerp biedt hoop op gepersonaliseerde vaccinatie voor de behandeling van kanker

Een van de belangrijkste uitdagingen bij het ontwikkelen van effectieve, gerichte kankerbehandelingen is de heterogeniteit van de kankercellen zelf. Deze variatie maakt het voor het immuunsysteem moeilijk om tumoren te herkennen, erop te reageren en er actief tegen te vechten. Nu maken nieuwe ontwikkelingen in de nanotechnologie het echter mogelijk om gerichte, gepersonaliseerde “vaccins” te leveren om kanker te behandelen.

Een nieuwe studie, gepubliceerd op 2 oktober 2020 in Science Advances, demonstreert het gebruik van geladen metaal-organische raamwerken op nanoschaal voor het genereren van vrije radicalen met behulp van röntgenstralen in tumorweefsel om kankercellen direct te doden. Bovendien kunnen dezelfde raamwerken worden gebruikt voor het afleveren van immuunsignaleringsmoleculen die bekend staan ​​als PAMP’s om de immuunrespons tegen tumorcellen te activeren. Door deze twee benaderingen te combineren in één gemakkelijk toe te dienen “vaccin”, kan deze nieuwe technologie de sleutel vormen voor een betere lokale en systemische behandeling van moeilijk te behandelen kankers.

In een samenwerking tussen de Lin Group van het Department of Chemistry van de University of Chicago en het Weichselbaum Lab van de University of Chicago Medicine, combineerde het onderzoeksteam expertise van anorganische chemie en kankerbiologie om het uitdagende probleem van het juist richten en activeren van een aangeboren immuunrespons aan te pakken. tegen kanker. Dit werk maakte gebruik van de unieke eigenschappen van metaal-organische raamwerken op nanoschaal, of nMOF’s—Structuren op nanoschaal opgebouwd uit herhalende eenheden in een roostervorming die tumoren kunnen infiltreren.

Deze nMOF’s kunnen worden bestraald met röntgenstralen om hoge concentraties vrije zuurstofradicalen te genereren, waardoor de kankercellen direct worden gedood en antigenen en ontstekingsmoleculen worden geproduceerd die het immuunsysteem helpen kankercellen te herkennen en te verwijderen, net als een vaccin. Hun roostervormige structuur maakt nMOFs ook ideale transporters om antikankermedicijnen rechtstreeks aan tumoren af ​​te leveren. Tot dusver was het echter moeilijk om aangeboren en adaptieve immuunresponsen te activeren die nodig zijn voor het elimineren van kankertumoren.

In deze nieuwe studie hebben de onderzoekers hun aanpak nog verder verfijnd. Deze keer hebben ze een nieuw type nMOF-structuur gegenereerd die kan worden geladen met geneesmiddelen die bekend staan ​​als pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen of PAMP’s. Toen de nMOF’s werden toegepast op kankertumoren, had het bestralen van het weefsel een dubbel effect: het zette de nMOF’s ertoe aan om lokale kankercellen te doden om antigenen tegen de tumor te produceren en de PAMP’s vrij te geven, die vervolgens een veel sterkere activering van de immuunrespons veroorzaakten. aan de tumorantigenen. Deze one-two punch was in staat om zowel karteldarm- als pancreaskankercellen te doden met een hoge werkzaamheid, zelfs in tumormodellen die zeer resistent zijn tegen andere soorten immunotherapie.

In verdere experimenten met muizen zagen de onderzoekers dat ze de effecten van de nMOF’s zelfs tot verre tumoren konden uitbreiden met de toepassing van checkpoint-remmers, wat nieuwe hoop bood voor de behandeling van kanker zowel lokaal als systemisch met deze benadering.

“Door PAMP-levering op te nemen met de nMOF’s, is dit de eerste keer dat we de immuunrespons op de antigenen echt konden versterken”, zei senior auteur Wenbin Lin, Ph.D., de James Franck hoogleraar chemie en een primaire onderzoeker van tumorimmunologie in het Ludwig Cancer Center in UChicago. “Dit is totaal anders dan al onze eerdere onderzoeken, omdat we hebben aangetoond dat de nMOFs plus PAMPs alle aspecten kunnen beïnvloeden die nodig zijn om het immuunsysteem te activeren. We kunnen deze nanoformulatie gebruiken om gepersonaliseerde kankervaccinaties mogelijk te maken die bij elke patiënt werken. , omdat deze strategie niet onderhevig zal zijn aan de heterogeniteit die we bij verschillende patiënten zien. “

De effecten van de behandeling waren zo uitgesproken dat de onderzoekers de technologie graag naar klinische proeven willen brengen, waar al andere versies van de nMOF-technologie worden getest, met tot dusver veelbelovende resultaten.

“De schittering van dit systeem is tweeledig”, zei co-auteur Ralph Weichselbaum, MD, de Daniel K. Ludwig Distinguished Service Professor in Radiation and Cellular Oncology en voorzitter van de afdeling Radiation and Cellular Oncology aan UChicago. “Ten eerste kan het de lokale tumorcontrole verbeteren door het dodende vermogen van röntgenstralen te vergroten. Ten tweede, hoewel er interesse is geweest om straling te gebruiken om de immuunrespons te stimuleren om kanker te bestrijden, is het moeilijker gebleken dan we dachten. in dit geval zijn de nMOF’s in staat het aangeboren en adaptieve immuunsysteem te activeren, wat deze technologie veelbelovend maakt voor de behandeling van kanker in de kliniek. “

De onderzoekers kijken al vooruit naar de volgende stappen en werken aan het verfijnen van de technologie. “We verfijnen het ontwerp van de nMOF en de levering van de PAMP’s ter voorbereiding op het testen ervan bij mensen”, zei Lin. “We werken er echt aan om in te zoomen op de beste formulering, zodat we dit in klinische onderzoeken kunnen verwerken, hopelijk in de komende twee tot drie jaar, of zelfs eerder.”

Het team dankt het interdisciplinaire en collaboratieve karakter van UChicago en de campus van Hyde Park van de University of Chicago Medicine voor het creëren van een ruimte waar chemie en kankerbiologie samen een veelbelovende potentiële therapie hebben opgeleverd, evenals de steun die ze hebben gekregen van Ludwig Cancer Research onderweg.

“Vanaf de conceptie van dit project en het verkrijgen van financiering tot het starten met klinische onderzoeken waar we de technologie in klinische onderzoeken kunnen testen en echte patiëntgegevens kunnen verkrijgen, is dit werk allemaal hier bij UChicago gedaan”, zei Weichselbaum. “We gaan echt van iets ontdekken in het lab naar testen aan het bed.”