’s Werelds eerste bloedtest voor realtime monitoring van het succes van kankerbehandelingen

Kankerpatiënten die gerichte therapie ondergaan, kunnen zich verheugen op een nieuwe bloedtest die hun arts zou kunnen vertellen of de behandeling aanslaat, binnen een dag na aanvang van de behandeling. Dit zal het evaluatieproces aanzienlijk versnellen en artsen in staat stellen om het behandelplan indien nodig bij te stellen om de kansen op herstel van patiënten te vergroten.

In tegenstelling tot conventionele chemotherapieën die interfereren met alle snel delende cellen en wijdverbreide schade aan cellen kunnen veroorzaken, vallen gerichte medicijnen specifieke moleculen aan die kankercellen instrueren om te groeien en zich te verspreiden en op hun beurt de abnormale groei van de kanker blokkeren. Ondanks de specifieke aard van gerichte geneesmiddelen, is de huidige klinische evaluatie van hun behandeling bij solide tumoren voornamelijk afhankelijk van ofwel volumetrische beeldvorming van de tumor, die ongevoelig en vertraagd is, ofwel invasieve weefselbiopten.

Assistent-professor Shao Huilin en haar onderzoeksteam van de afdeling Biomedical Engineering en Institute for Health Innovation & Technology (iHealthtech) aan de National University of Singapore (NUS) hebben een technologie ontwikkeld die nauwkeurig is, minder invasief en het evaluatievenster aanzienlijk vervroegd , door gebruik te maken van vloeibare biopsieën.

Succespercentage beschikbaar binnen 24 uur na kankerbehandeling

De techniek, genaamd extracellulaire vesicle-monitoring van de chemische bezetting van kleine moleculen en eiwitexpressie (ExoSCOPE), is de eerste in zijn soort ter wereld. Het maakt gebruik van extracellulaire blaasjes (EV’s) die worden uitgescheiden door kankercellen en in het bloed circuleren als een reflecterende indicator van de effectiviteit van geneesmiddelen bij solide tumoren.

“Conventionele procedures zoals beeldvorming van tumoren zijn niet alleen duur, maar ook vertraagd. Voor deze methoden kan de effectiviteit van de behandeling pas na weken worden bepaald. Met behulp van de ExoSCOPE kunnen we de resultaten van de medicijneffectiviteit binnen 24 uur na de start van de behandeling direct meten. Dit zal de tijd en kosten voor het monitoren van kankerbehandelingen aanzienlijk verminderen”, zegt hoofdwetenschapper Asst Prof Shao.

Ze voegde eraan toe: “Deze methode vereist slechts een kleine hoeveelheid bloedmonster voor de analyse en elke test duurt minder dan een uur om te voltooien. Het is dus minder invasief en toch informatiever. Op deze manier kunnen artsen de reactie van een patiënt op behandeling regelmatiger in de loop van de behandeling, en breng tijdig aanpassingen aan om de behandeling aan te passen voor betere resultaten.”

Het onderzoek werd voor het eerst gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur Nanotechnologie.

Gevoelige meting van geneesmiddelinteracties

Om een ​​gevoelige en snelle analyse van de werkzaamheid van geneesmiddelen door middel van bloedmonsters te bereiken, ontwikkelde het NUS-onderzoeksteam de ExoSCOPE als een geïntegreerd nanotechnologieplatform. Het meet EV’s, membraanblaasjes die minstens honderd keer kleiner zijn dan de diameter van mensenhaar en onzichtbaar zijn onder conventionele lichtmicroscopie. Tijdens een succesvolle kankerbehandeling, wanneer een gericht kankermedicijn zich hecht aan een kankercel en de tumorgroei verstoort, zal de behandelde cel in de bloedbaan EV’s vrijgeven die het medicijn bevatten.

Het ExoSCOPE-platform maakt gebruik van een complementaire benadering van chemische biologie en sensorontwikkeling om deze delicate medicijnveranderingen in EV’s te meten.

“De huidige technologieën om interacties tussen geneesmiddelen en doelwitten te meten, vereisen complexe verwerking en invasieve weefselbiopten, waardoor hun klinische bruikbaarheid voor het monitoren van kankerbehandelingen wordt beperkt. Door speciaal ontworpen chemische sondes te gebruiken, is ons platform zeer gevoelig voor het vastleggen en labelen van EV’s in een klein bloedmonster om om interacties tussen geneesmiddelen te beoordelen”, zegt Dr. Sijun Pan, Research Fellow van NUS iHealthtech, en co-eerste auteur van de studie.

“De ExoSCOPE-sensor bevat miljoenen gouden nanoringen om de EV’s vast te leggen en hun etiketteringssignalen voor medicijnen te versterken om sterke lichtsignalen te induceren. Deze lichtsignalen worden vervolgens verwerkt om een ​​uitlezing te geven om de effectiviteit van het medicijn aan te geven,” zei de heer Zhang Yan, een doctoraalstudent van NUS Department of Biomedical Engineering en iHealthtech, en co-eerste auteur van de studie.

Met behulp van het ontwikkelde ExoSCOPE-platform verzamelde het team informatie over verschillende soorten EV’s en hun medicijnveranderingen, wanneer ze werden behandeld met verschillende gerichte therapieën. Het platform identificeert niet alleen door kanker vrijgekomen EV’s, maar bewaakt ook hun medicijndynamiek in de loop van de tijd om de gevoeligheid en resistentie van de behandeling nauwkeurig te onderscheiden.

“Bestaande farmacokinetische of farmacodynamische benaderingen in het bloed meten de totale geneesmiddelconcentratie in het bloed. Deze ensemble-informatie weerspiegelt niet de werkzaamheid van het geneesmiddel in tumoren. De ExoSCOPE meet echter veranderingen in het geneesmiddel in door kanker vrijgekomen EV’s om de respons op de tumorbehandeling nauwkeurig weer te geven”, legt Asst Prof uit. Shao.

Bemoedigende resultaten van klinisch onderzoek

In een klinische studie met 163 bloedmonsters van 106 patiënten, heeft de ExoSCOPE bemoedigende resultaten laten zien bij longkankerpatiënten om tijdige evaluatie van de gerichte behandelingsresultaten van patiënten mogelijk te maken. Vergeleken met de gouden standaard van volumetrische beeldvorming van tumoren, die werd uitgevoerd aan het einde van het gehele behandelingsregime, bereikte de ExoSCOPE een nauwkeurigheidspercentage van 95 procent, maar binnen 24 uur na aanvang van de behandeling.

De superieure analytische prestaties van deze techniek maken de weg vrij voor het gebruik van door bloed overgedragen EV’s voor het bewaken van verschillende interacties tussen geneesmiddelen en eiwitdoelen in het menselijk lichaam.

“De ExoSCOPE presenteert een paradigmaverschuiving in op bloed gebaseerde medicijnevaluatie voor gerichte medicijnselectie en realtime monitoring van behandelingen”, zei Asst Prof Shao. “De techniek kan de klinische gemeenschap ook in staat stellen om tijdiger behandelbeslissingen te nemen.”

Volgende stappen

Het negenkoppige NUS-team heeft twee jaar (van 2019 tot 2021) nodig gehad om het ExoSCOPE-platform te ontwikkelen en te valideren. Hun volgende uitdaging is om het platform uit te breiden om de werkzaamheid van verschillende medicijnen te meten en de technologie toe te passen op een spectrum van ziekten, van kanker tot cardiovasculaire en neurologische aandoeningen. Er is een patent aangevraagd voor ExoSCOPE en het NUS-team hoopt deze technologie in de komende drie jaar op de markt te brengen.

“Ik hoop dat onze technologie kan bijdragen aan een gepersonaliseerde behandeling, om de selectie, dosering en duur van verschillende behandelingen te begeleiden en de behandelresultaten te verbeteren”, aldus Asst Prof Shao.