Według naukowców z Penn State nowo opracowana „nanocząsteczka GPS” wstrzyknięta dożylnie może trafić do komórek nowotworowych, zapewniając genetyczny impuls białku odpowiedzialnemu za wzrost i rozprzestrzenianie się nowotworu. Przetestowali swoje podejście na ludzkich liniach komórkowych i na myszach, aby skutecznie zniszczyć gen powodujący raka, i donieśli, że technika ta może potencjalnie zapewnić bardziej precyzyjne i skuteczne leczenie niezwykle trudnych w leczeniu podstawnopodobnych raków piersi.

Swoją pracę opublikowali dziś (11 marca) w ACS Nano. Złożyli także tymczasowy wniosek o opatentowanie technologii opisanej w tym badaniu.

Opracowaliśmy nanocząsteczkę GPS, która może znaleźć miejsce tam, gdzie jest potrzebne. Raz tam -; i tylko tam -; może dostarczać białka służące do edycji genów, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się komórek nowotworowych. Było to trudne zadanie, ale pokazaliśmy, że system działa w przypadku podstawnopodobnego raka piersi”.

Dipanjan Pan, autor korespondencyjny, Dorothy Foehr Huck i J. Lloyd Huck profesor nanomedycyny oraz profesor inżynierii nuklearnej oraz nauk o materiałach i inżynierii w Penn State

Podobnie jak potrójnie ujemny rak piersi, podstawnopodobny rak piersi może być mniej rozpowszechniony niż inne nowotwory piersi, ale może być znacznie trudniejszy w leczeniu, głównie dlatego, że brakuje mu trzech celów terapeutycznych występujących w przypadku innych nowotworów piersi. Mają także tendencję do bycia agresywnymi, szybko rosnącymi guzami i wydzielaniem komórek, które rozprzestrzeniają się w innych częściach ciała. Komórki te mogą zasiać dodatkowe nowotwory, co jest procesem zwanym przerzutami.

„Przerzuty stanowią ogromne wyzwanie, zwłaszcza w przypadku nowotworów takich jak potrójnie ujemny i podstawnopodobny rak piersi” – powiedział Pan. „Rak może być trudny do wykrycia i nie pojawia się podczas rutynowej mammografii. Dotyka głównie młodszą populację lub populację Afroamerykanów, która być może nie jest jeszcze objęta opieką profilaktyczną. Wyniki mogą być bardzo, bardzo złe, więc istnieje jasne, że niezaspokojona potrzeba kliniczna skuteczniejszych metod leczenia, jeśli rak nie zostanie wykryty wystarczająco wcześnie.”

Zespół wyprodukował nanocząsteczkę konia trojańskiego, maskując ją specjalnie zaprojektowanymi cząsteczkami tłuszczowymi, które wyglądają jak naturalnie występujące lipidy i wypełniając ją cząsteczkami CRISPR-Cas9. Cząsteczki te mogą obrać za cel materiał genetyczny komórki, zidentyfikować konkretny gen i zniszczyć go lub sprawić, że stanie się on nieskuteczny. W tym przypadku system celował w ludzką skrzynkę widełkową c1 (FOXC1), która bierze udział w wywoływaniu przerzutów.

Pan opisał zaprojektowane lipidy jako „obojnacze”, co oznacza, że ​​mają prawie neutralny ładunek na powłoce nanocząstki. Zapobiega to atakowi układu odpornościowego organizmu na nanocząsteczkę; ponieważ jest przebrana za niegroźną, normalną cząsteczkę -; i może pomóc w uwolnieniu ładunku, ale tylko wtedy, gdy lipidy rozpoznają środowisko komórki nowotworowej o niskim pH. Aby mieć pewność, że lipidy będą aktywowane jedynie przy tak niskim pH, naukowcy zaprojektowali je tak, aby po wejściu do bardziej kwaśnego mikrośrodowiska nowotworu zmieniały swoje ładunki na dodatnie, co spowodowało uwolnienie ładunku użytecznego.

Ciało to jednak ogromne miejsce, więc w jaki sposób badacze mogą zapewnić, że ładunek CRISPR-Cas9 dotarł do właściwego celu? Aby mieć pewność, że nanocząstka zwiąże się z właściwymi komórkami, przyłączyli cząsteczkę adhezyjną komórek nabłonkowych (EpCAM), o której wiadomo, że przyłącza się do komórek podstawnopodobnych raka piersi.

„Nikt nigdy nie próbował namierzyć komórek nowotworowych przypominających podstawną pierś, za pomocą systemu dostarczania reagującego na kontekst, który mógłby genetycznie zniszczyć dany gen” – powiedział Pan. „Jako pierwsi pokazaliśmy, że da się to zrobić”.

Inni opracowali wirusowe systemy dostarczania, przechwytujące cząstkę wirusa w celu przeniesienia leczenia do komórek, oraz niewirusowe systemy dostarczania wykorzystujące nanocząstki. Różnica, jak twierdzi Pan, w podejściu jego zespołu polega na tym, że lipid powierzchniowy ma reagować tylko w środowisku docelowym, co zmniejsza ryzyko dostarczenia leku poza miejsce docelowe i uszkodzenia zdrowych komórek. Dodał także, że ponieważ organizm nie uważa lipidów za zagrożenie, szansa na odpowiedź immunologiczną jest mniejsza, co potwierdzili w swoich eksperymentach.

Zespół najpierw przetestował to podejście na ludzkich potrójnie ujemnych komórkach raka piersi, potwierdzając, że nanocząstka uruchomi system CRISPR/Cas9 w odpowiednim środowisku. Potwierdzili, że nanocząstka może przedostać się do guza w modelu mysim, wdrożyć system i skutecznie zniszczyć FOXC1.

Następnie, jak powiedział Pan, badacze planują kontynuować testowanie platformy nanocząsteczek, a ostatecznym celem będzie jej zastosowanie kliniczne u ludzi.

„Badamy także, w jaki inny sposób moglibyśmy zastosować technologię platformy” – powiedział Pan. „Możemy dostosować cząsteczki na powierzchni, ładunek, jaki niesie, i wykorzystać je do wspomagania leczenia w innych obszarach. Ta platforma ma duży potencjał”.

Pierwszy autor, Parikshit Moitra, w czasie badania był adiunktem w dziedzinie inżynierii jądrowej w laboratorium Pana w Penn State, a obecnie jest adiunktem w Indyjskim Instytucie Edukacji Naukowej i Badań w Berhampur; David Skrodzki, Matthew Molinaro, Nivetha Gunaseelan, wszyscy doktoranci w Penn State; Dinabandhu Sar, Uniwersytet Illinois, Urbana-Champaign; Teresa Aditya, badaczka ze stopniem doktora w dziedzinie inżynierii nuklearnej w Penn State; Dipendra Dahal i Priyanka Ray, obie badaczki ze stopniem doktora w laboratorium Pana w jego poprzedniej instytucji na Uniwersytecie Maryland w Baltimore.