Il gel radioattivo iniettabile funziona con la chemio per combattere il cancro al pancreas, afferma la ricerca NIH

"I trattamenti con radiazioni vengono generalmente somministrati esternamente, il che espone il tessuto sano alle radiazioni e limita la dose che un tumore riceve, limitandone in definitiva l'efficacia", ha affermato David Rampulla, Ph.D., direttore della divisione Discovery Science & Technology presso NIBIB. “Il biomateriale radioattivo studiato in questo studio preclinico può essere iniettato direttamente nel tumore, consentendo un approccio localizzato. Inoltre, questo biomateriale biodegradabile consente dosi cumulative di radiazioni più elevate rispetto ad altri trattamenti radioterapici impiantabili”.

La brachiterapia, in cui una fonte di radiazioni viene posizionata all'interno del corpo, può essere utilizzata per trattare diversi tipi di cancro. Il cancro alla prostata in stadio iniziale, ad esempio, può essere trattato con la brachiterapia “seme”, in cui molti minuscoli semi metallici che contengono una sostanza radioattiva vengono impiantati nella prostata. Mentre questi semi possono limitare l’esposizione dei tessuti sani alle radiazioni, il loro involucro metallico impedisce l’uso di potenti particelle di radiazioni, note come emettitori alfa e beta, che sono più efficaci nell’uccidere le cellule tumorali. Inoltre, a causa delle loro piccole dimensioni, per il trattamento del cancro alla prostata sono generalmente necessari circa 100 semi (ogni singolo seme richiede un’iniezione). Ad oggi, gli approcci di brachiterapia non hanno migliorato i risultati clinici tra i pazienti con cancro del pancreas.

Lo studio attuale sta studiando un nuovo tipo di brachiterapia. Invece di somministrare radiazioni utilizzando un seme metallico o un catetere, gli autori dello studio stanno studiando l’uso di un biopolimero radioattivo che viene iniettato direttamente nel tumore. Oltre ad essere biodegradabile, il biopolimero ha una proprietà unica: è stato progettato per passare dallo stato liquido a temperatura ambiente allo stato gelatinoso quando riscaldato a temperatura corporea. Quando il biopolimero si solidifica, rimane all'interno del tumore e non può diffondersi facilmente nei tessuti sani circostanti.

"Il nostro biopolimero è derivato dall'elastina, una proteina abbondante che si trova nei tessuti connettivi di tutto il nostro corpo", ha spiegato il primo autore Jeff Schaal, Ph.D., che ha condotto questo lavoro alla Duke University. “Armeggiando con la composizione di questo biopolimero, possiamo controllare l’esatta temperatura alla quale passa da liquido a gel. E poiché non racchiudiamo il polimero radioattivo all’interno di un seme metallico protettivo, possiamo utilizzare isotopi diversi e più potenti, che ci consentono di somministrare una dose di radiazioni più elevata rispetto alla brachiterapia con semi convenzionale”.

L’isotopo radioattivo utilizzato in questo trattamento dimostrativo è lo iodio-131 (o I-131), che rilascia particelle ad alta energia note come particelle beta. Le particelle beta causano danni al DNA e uccidono le cellule irradiate, ma non possono viaggiare molto lontano, solo pochi millimetri (quindi la tossicità fuori bersaglio è limitata). L'I-131 è stato utilizzato per decenni per trattare il cancro alla tiroide e ha un profilo di sicurezza ben consolidato, ha affermato Schaal.

Il cancro del pancreas viene talvolta trattato con una combinazione di radiazioni e agenti chemioterapici specifici che rendono le radiazioni più efficaci. Questi farmaci "radiosensibilizzanti" agiscono prolungando il processo di replicazione della cellula, in particolare quando il suo DNA viene esposto, ha spiegato Schaal. Il DNA esposto è più sensibile alle radiazioni ed è più probabile che ne venga danneggiato irreparabilmente, il che alla fine si traduce nella morte cellulare.

In combinazione con un chemioterapico radiosensibilizzante noto come paclitaxel, gli autori dello studio hanno valutato il loro biopolimero radioattivo in diversi modelli di cancro al pancreas, accuratamente selezionati per riflettere diversi aspetti del cancro al pancreas (ad esempio, mutazioni comuni, caratteristiche del tumore, densità del tumore o resistenza al trattamento). Tra tutti i modelli testati, quasi tutti i topi hanno risposto, il che significa che i tumori si sono ridotti o sono completamente scomparsi. "I tassi di risposta che abbiamo riscontrato nei nostri modelli non hanno precedenti", ha affermato Schaal. “Dopo un’analisi approfondita della letteratura, dobbiamo ancora trovare un altro regime terapeutico che dimostri una risposta così robusta in modelli multipli e geneticamente diversi di cancro al pancreas”. Inoltre, in alcuni topi, i tumori non si sono mai ripresentati nel corso dello studio.

Quando gli autori dello studio hanno valutato l’attuale regime di trattamento clinico – paclitaxel più radioterapia a fascio esterno – i tassi di risposta non sono stati così impressionanti: il tasso di crescita del tumore è stato solo inibito, invece che i tumori si sono ridotti o sono scomparsi. "A differenza della radiazione a fasci esterni, che viene somministrata in brevi raffiche, il nostro approccio alla brachiterapia eroga radiazioni in modo continuo", ha spiegato Schaal. “Abbiamo scoperto che questa radiazione continua di particelle beta alterava il microambiente del tumore e consentiva al paclitaxel di penetrare meglio nel nucleo del tumore, consentendo un effetto terapeutico sinergico”.

È importante sottolineare che i ricercatori non hanno osservato alcun problema di tossicità acuta nel corso del loro studio, con quantità trascurabili di radioattività accumulate negli organi critici dei topi. Loro hanno precedentemente riportato che il loro biopolimero radioattivo si biodegrada in modo sicuro, con l’emivita del gel (circa 95 giorni) che supera di gran lunga l’emivita dell’I-131 (circa otto giorni).

Gli autori non hanno valutato il loro trattamento nella malattia metastatica, ma la natura del loro approccio consentirebbe iniezioni di biopolimeri in più punti, come masse tumorali in altri organi. E mentre questo studio rimane nella fase preclinica, gli autori dello studio stanno lavorando per portare avanti questo trattamento. "Il nostro gruppo ha collaborato con ricercatori clinici per sviluppare e ottimizzare il nostro sistema per il rilascio guidato dall'endoscopio in un modello animale più grande", ha affermato l'autore senior Ashutosh Chilkoti, Ph.D., professore presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica della Duke University. “Tuttavia, la sfida nel portare questo trattamento, o qualsiasi nuovo trattamento, ai pazienti è trovare il supporto per portarlo attraverso gli studi clinici”.

Questo studio è stato sostenuto da una sovvenzione del NIBIB (R01EB000188) e da una sovvenzione del National Cancer Institute (NCI; sovvenzione R35CA197616).

(C) NIH