Výzkum ukazuje potenciál strukturální nanomedicíny v léčbě rakoviny

Ve slibném pokroku v léčbě rakoviny vědci z Northwestern University přepracovali molekulární strukturu běžného chemoterapeutického léku, díky čemuž je výrazně rozpustnější a účinnější a méně toxický.

V nové studii tým navrhl nový lék od základu jako sférický nukleová kyselina (SNA) – nanostruktura, která vetkává lék přímo do vláken DNA potahujících drobné kuličky. Tento design přeměňuje špatně rozpustný, slabě účinný lék na silného, ​​cíleného zabijáka rakoviny, který zanechává zdravé buňky nepoškozené.

Po vyvinutí nové terapie ji tým testoval na malém zvířecím modelu akutní myeloidní leukémie (AML), rychle se pohybující a obtížně léčitelné rakoviny krve. Ve srovnání se standardním lékem na chemoterapii se lék na bázi SNA dostal do leukemických buněk 12,5krát účinněji, zabil je až 20 000krát účinněji a 59krát snížil progresi rakoviny – to vše bez detekovatelných vedlejších účinků.

Tato práce je dalším příkladem potenciálu strukturální nanomedicíny, nového oboru, ve kterém vědci používají přesnou strukturální i kompoziční kontrolu k doladění toho, jak nanomedicína interaguje s lidským tělem. Se sedmi terapiemi založenými na SNA, které jsou v současné době v klinických studiích, by nový přístup mohl vést k účinným vakcínám a léčbě rakoviny, infekčních onemocnění, neurodegenerativních onemocnění a autoimunitních onemocnění.

Studie bude zveřejněna zítra (29. října) v časopise ACS Nano.

„Na zvířecích modelech jsme prokázali, že dokážeme zastavit nádory v jejich stopách,“ řekl Chad A. Mirkin z Northwestern, který studii vedl. „Pokud se to přenese na lidské pacienty, je to opravdu vzrušující pokrok. Znamenalo by to účinnější chemoterapii, lepší míru odezvy a méně vedlejších účinků. To je vždy cílem jakékoli léčby rakoviny.“

Mirkin, průkopník v chemii a nanomedicíně, je profesorem chemie, chemického a biologického inženýrství, biomedicínského inženýrství, materiálových věd a inženýrství a medicíny George B. Rathmann na Northwestern, kde má jmenování na Weinberg College of Arts and Sciences, McCormick School of Engineering a Feinberg School of Medicine. Je také zakládajícím ředitelem International Institute for Nanotechnology a členem Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center of Northwestern University.

Pro novou studii se Mirkin a jeho tým zaměřili na tradiční chemoterapeutický lék 5-fluorouracil (5-Fu), který často nedokáže účinně dosáhnout rakovinných buněk. A protože také napadá zdravou tkáň, 5-Fu způsobuje nespočet vedlejších účinků, včetně nevolnosti, únavy a ve vzácných případech dokonce srdečního selhání.

Podle Mirkina není problémem droga sama o sobě – jde o to, jak ji tělo zpracovává. 5-Fu je špatně rozpustný, což znamená, že méně než 1 % se rozpouští v mnoha biologických tekutinách. Většina léků se musí rozpustit v krevním řečišti, než mohou projít tělem a vstoupit do buněk. Pokud je droga špatně rozpustná, shlukuje se nebo si zachovává pevnou formu a tělo ji nedokáže účinně vstřebat.

Všichni víme, že chemoterapie je často strašně toxická. Ale mnoho lidí si neuvědomuje, že je také často špatně rozpustný, takže musíme najít způsoby, jak ho přeměnit na formy rozpustné ve vodě a efektivně je dodat.“

Chad A. Mirkin, George B. Rathmann, profesor chemie, chemického a biologického inženýrství, biomedicínského inženýrství, materiálové vědy a inženýrství a medicíny, Northwestern University

Aby vyvinuli efektivnější systém doručování, Mirkin a jeho tým se obrátili na SNA. SNA, vynalezené a vyvinuté Mirkinem v Northwestern, jsou globulární nanostruktury s jádrem nanočástic obklopeným hustým obalem DNA nebo RNA. V předchozích studiích Mirkin objevil, že buňky rozpoznávají SNA a zvou je dovnitř. V nové studii jeho tým vytvořil nové SNA s chemoterapií chemicky začleněnou do řetězců DNA.

„Většina buněk má na svém povrchu scavenger receptory,“ řekl Mirkin. „Ale myeloidní buňky nadměrně exprimují tyto receptory, takže je jich ještě více. Pokud rozpoznají molekulu, pak ji vtáhnou do buňky. Místo toho, aby se do buněk musely dostat silou, jsou SNA přirozeně přijímány těmito receptory.“

Jak Mirkin a jeho tým předpokládali, strukturální přepracování zcela změnilo způsob interakce 5-Fu s rakovinnými buňkami. Na rozdíl od volně plovoucích, nestrukturovaných molekul chemoterapie myeloidní buňky snadno rozpoznaly a absorbovaly formu SNA. Jakmile byly uvnitř, enzymy rozbily obal DNA, aby uvolnily molekuly léku, které zabily rakovinnou buňku zevnitř.

V experimentech na myších terapie téměř úplně eliminovala leukemické buňky v krvi a slezině a významně prodloužila přežití. A protože SNA selektivně cílily na buňky AML, zdravé tkáně zůstaly nepoškozeny.

„Dnešní chemoterapeutika zabíjejí vše, s čím se setkají,“ řekl Mirkin. „Takže zabíjejí rakovinné buňky, ale také mnoho zdravých buněk. Naše strukturální nanomedicína přednostně vyhledává myeloidní buňky. Místo toho, aby zahltila celé tělo chemoterapií, dodává vyšší a cílenější dávku přesně tam, kde je potřeba.“

Dále Mirkinův tým plánuje otestovat novou strategii na větší kohortě malých zvířecích modelů, poté přejít na větší zvířecí model a nakonec v klinických studiích na lidech, jakmile bude zajištěno financování.

Studie „Chemoterapeutické sférické nukleové kyseliny“ byla podpořena Národním institutem pro rakovinu a Národním institutem diabetu a onemocnění trávicího traktu a ledvin. Tato práce nedávno získala další podporu od Roberta H. Lurie Comprehensive Cancer Center of Northwestern University.