Naukowcy opracowali nową immunoterapię nowotworów, która pozwala zlokalizować w nowotworach cytokiny zabijające raka i poprawić skuteczność leczenia.

Rak jest potworem naszego społeczeństwa. Według American Cancer Society w samym zeszłym roku w Stanach Zjednoczonych na raka zmarło ponad 600 000 osób. Nieustające dążenie do zrozumienia tej złożonej choroby ukształtowało postęp medycyny w zakresie opracowywania procedur leczenia, które są mniej inwazyjne, a jednocześnie wysoce skuteczne.

Immunoterapia staje się coraz popularniejszym rozwiązaniem. Immunoterapia polega na wykorzystaniu siły układu odpornościowego organizmu do walki z komórkami nowotworowymi. Naukowcy z Virginia Tech College of Engineering znaleźli sposób na przekształcenie procedury leczniczej w przełomową praktykę.

Rong Tong, profesor nadzwyczajny w dziedzinie inżynierii chemicznej, połączył siły z Wenjunem „Rebeccą” Cai, profesorem nadzwyczajnym w dziedzinie nauk o materiałach i inżynierii, aby zbadać metodę immunoterapii nowotworów, która od dawna interesuje badaczy. W swoim nowo opublikowanym artykule w czasopiśmie Postęp naukiTong i Cai szczegółowo opisali swoje podejście, które polega na aktywacji komórek odpornościowych w organizmie i przeprogramowaniu ich tak, aby atakowały i niszczyły komórki nowotworowe. Ta metoda terapeutyczna jest często stosowana z cytokiną białkową. Cytokiny to małe cząsteczki białka, które działają jako międzykomórkowe przekaźniki biochemiczne i są uwalniane przez komórki odpornościowe organizmu w celu koordynowania ich reakcji.

„Cytokiny silnie i bardzo skutecznie stymulują komórki odpornościowe w celu wyeliminowania komórek nowotworowych” – mówi Tong. „Problem polega na tym, że są tak silne, że jeśli swobodnie wędrują po całym organizmie, aktywują każdą napotkaną komórkę odpornościową, co może spowodować nadmierną reakcję immunologiczną i potencjalnie śmiertelne skutki uboczne”.

Tong i Cai, we współpracy ze studentami inżynierii chemicznej oraz inżynierii materiałowej i inżynierii, opracowali innowacyjne podejście polegające na wykorzystaniu białek cytokin jako potencjalnej metody immunoterapii. W przeciwieństwie do poprzednich metod, ich technika zapewnia, że ​​cytokiny stymulujące komórki odpornościowe skutecznie lokalizują się w nowotworach przez tygodnie, zachowując jednocześnie strukturę cytokin i poziom reaktywności.

Połączenie sił w celu zniszczenia komórek nowotworowych

Obecne metody leczenia raka, takie jak chemioterapia, nie pozwalają na rozróżnienie komórek zdrowych od komórek nowotworowych. Kiedy osoba chora na raka jest leczona chemioterapią, terapia atakuje wszystkie komórki w organizmie, co może prowadzić do skutków ubocznych, takich jak wypadanie włosów i zmęczenie. Stymulowanie układu odpornościowego organizmu do atakowania nowotworów jest obiecującą alternatywą w leczeniu raka. Dostarczenie cytokin może pobudzić komórki odpornościowe w guzie, ale nadmierna stymulacja zdrowych komórek może powodować poważne skutki uboczne.

„Naukowcy ustalili jakiś czas temu, że cytokiny można wykorzystać do aktywacji nowotworów i zwalczania ich, ale nie wiedzieli, jak zlokalizować je wewnątrz guza, nie narażając przy tym toksyczności na resztę organizmu” – mówi Tong. „Inżynierowie chemicy mogą spojrzeć na to z inżynierskiego podejścia i wykorzystać swoją wiedzę, aby udoskonalić i podnieść skuteczność cytokin, aby mogły skutecznie działać w organizmie”.

Celem zespołu badawczego jest znalezienie równowagi pomiędzy zabijaniem komórek nowotworowych w organizmie i oszczędzaniem zdrowych komórek.

Aby osiągnąć ten cel, Tong i jego uczniowie wykorzystali swoją wiedzę do stworzenia wyspecjalizowanych cząstek o charakterystycznych rozmiarach, które pomagają określić, dokąd trafia lek. Mikrocząstki te mają za zadanie pozostać w środowisku nowotworu po wstrzyknięciu do organizmu. Cai i jej uczniowie pracowali nad pomiarem właściwości powierzchni tych cząstek.

„W dziedzinie nauk o materiałach i inżynierii materiałowej badamy chemię powierzchni i zachowanie mechaniczne materiałów, takich jak wyspecjalizowane cząstki stworzone na potrzeby tego projektu” – mówi Cai. „Inżynieria i charakterystyka powierzchni, wraz z wielkością cząstek, odgrywają ważną rolę w kontrolowanym dostarczaniu leków, zapewniając przedłużoną obecność leku i trwałą skuteczność terapeutyczną”.

Aby zapewnić skuteczne dostarczanie leków, Tong i jego studenci inżynierii chemicznej opracowali nowatorską strategię, która:

• Kotwiczy cytokiny w tych nowych mikrocząsteczkach, ograniczając ich szkodliwość dla zdrowych komórek
• Umożliwia nowo zakotwiczonym w cząsteczkach cytokinom pobudzenie układu odpornościowego i rekrutację komórek odpornościowych do atakowania komórek nowotworowych

„Nasza strategia nie tylko minimalizuje szkody wyrządzane przez cytokiny zdrowym komórkom, ale także wydłuża retencję cytokin w guzie” – mówi Tong. „Pomaga to ułatwić rekrutację komórek odpornościowych do ukierunkowanego ataku nowotworu”.

Następny krok w tym procesie polega na połączeniu nowej, zlokalizowanej metody terapii cytokinami z dostępnymi na rynku, zatwierdzonymi przez Agencję ds. Żywności i Leków (FDA) przeciwciałami blokującymi punkty kontrolne, które reaktywują wyciszone komórki odpornościowe nowotworu, aby mogły walczyć z komórkami nowotworowymi .

„Kiedy w organizmie znajduje się guz, komórki odpornościowe organizmu są dezaktywowane przez komórki nowotworowe” – wyjaśnia Tong. „Zatwierdzone przez FDA przeciwciało blokujące punkty kontrolne pomaga „zwolnić hamulce”, które nowotwory nakładają na komórki odpornościowe, podczas gdy cząsteczki cytokin „wdychają gaz”, aby pobudzić układ odpornościowy i stworzyć armię komórek odpornościowych do walki z komórkami nowotworowymi. Te dwa podejścia współpracują ze sobą, aby aktywować komórki odpornościowe”.

W badaniu okazało się, że połączenie przeciwciał punktu kontrolnego z cytokiną zakotwiczoną w cząstkach skutecznie wyeliminowało wiele nowotworów.

Członkowie zespołu mają nadzieję, że ich wpływ na leczenie immunoterapią stanowi część większego ruchu w kierunku metod leczenia raka, które są nieszkodliwe dla zdrowych komórek. Zdaniem zespołu nowe podejście polegające na przyłączaniu cytokin do cząstek można w przyszłości zastosować także do dostarczania innych typów leków immunostymulujących.

„Naukowcy wciąż szukają bezpieczniejszych i skuteczniejszych metod leczenia raka” – mówi Tong. „Ta motywacja napędza nas do opracowywania nowych technologii w tej dziedzinie. Cała klasa leków stosowanych w celu pobudzenia układu odpornościowego do walki z komórkami nowotworowymi w dużej mierze jeszcze nie odniosła sukcesu. Naszym celem jest stworzenie nowatorskich rozwiązań, które umożliwią naukowcom testowanie tych leków z istniejącymi środkami terapeutycznymi zatwierdzonymi przez FDA, zapewniając zarówno bezpieczeństwo, jak i zwiększoną skuteczność”.

Cai twierdzi, że charakter badań nad leczeniem raka wymaga wiedzy specjalistycznej z różnych dziedzin inżynierii.

„Postrzegam ten projekt jako idealne połączenie inżynierii chemicznej i inżynierii materiałowej” – mówi Cai. „Ta pierwsza skupia się na syntezie i dostarczaniu leków, druga na zastosowaniu zaawansowanej charakterystyki materiałów. Ta współpraca nie tylko przyspiesza badania nad immunoterapią, ale może także zmienić sposób leczenia raka”.

Źródło: Virginia Tech