Radioaktywny żel do wstrzykiwań działa z chemią w walce z rakiem trzustki, mówi badanie NIH

„Radioterapia jest zazwyczaj przeprowadzana zewnętrznie, co naraża zdrową tkankę na promieniowanie i ogranicza dawkę, jaką otrzymuje guz, ostatecznie ograniczając jego skuteczność” – powiedział dr David Rampulla, dyrektor oddziału Discovery Science & Technology w NIBIB. „Radioaktywny biomateriał badany w tym badaniu przedklinicznym można wstrzyknąć bezpośrednio do guza, co pozwala na dostęp miejscowy. Co więcej, ten biodegradowalny biomateriał umożliwia stosowanie wyższych skumulowanych dawek promieniowania niż w przypadku innych wszczepialnych radioterapii”.

Brachyterapię – polegającą na umieszczeniu źródła promieniowania w organizmie – można stosować w leczeniu kilku różnych typów nowotworów. Na przykład rak prostaty we wczesnym stadium można leczyć za pomocą brachyterapii „nasionowej”, podczas której do prostaty wszczepia się wiele maleńkich metalowych nasion zawierających substancję radioaktywną. Chociaż nasiona te mogą ograniczać narażenie zdrowych tkanek na promieniowanie, ich metalowa osłonka zapobiega wykorzystaniu silnych cząstek promieniowania, zwanych emiterami alfa i beta, które są bardziej skuteczne w zabijaniu komórek nowotworowych. Ponadto, ze względu na ich niewielki rozmiar, do leczenia raka prostaty potrzeba zazwyczaj około 100 nasion (przy czym każde nasiono wymaga zastrzyku). Dotychczas metody brachyterapii nie poprawiły wyników klinicznych u pacjentów z rakiem trzustki.

Obecne badanie dotyczy nowego rodzaju brachyterapii. Zamiast dostarczać promieniowanie za pomocą metalowego ziarna lub cewnika, autorzy badania badają zastosowanie radioaktywnego biopolimeru wstrzykiwanego bezpośrednio do guza. Oprócz tego, że biodegradowalny, biopolimer ma wyjątkową właściwość — został zaprojektowany tak, aby po ogrzaniu do temperatury ciała przechodził z cieczy w temperaturze pokojowej w stan podobny do żelu. Gdy biopolimer krzepnie, pozostaje w guzie i nie może łatwo rozprzestrzenić się na otaczające zdrowe tkanki.

„Nasz biopolimer pochodzi z elastyny, białka występującego powszechnie w tkankach łącznych w całym naszym organizmie” – wyjaśnił pierwszy autor, dr Jeff Schaal, który prowadził tę pracę na Uniwersytecie Duke. „Majstrując przy składzie tego biopolimeru, możemy kontrolować dokładną temperaturę, w której przechodzi on z cieczy w żel. A ponieważ nie zamykamy radioaktywnego polimeru w ochronnym ziarnie metalu, możemy zastosować inne — i silniejsze — izotopy, co pozwoli nam dostarczyć wyższą dawkę promieniowania niż konwencjonalna brachyterapia nasionami”.

Izotopem radioaktywnym stosowanym w tym weryfikującym koncepcję zabiegu jest jod-131 (lub I-131), który uwalnia wysokoenergetyczne cząstki zwane cząsteczkami beta. Cząsteczki beta powodują uszkodzenie DNA i zabijają napromieniowane komórki, ale nie mogą podróżować zbyt daleko — tylko kilka milimetrów (więc toksyczność poza celem jest ograniczona). I-131 jest stosowany w leczeniu raka tarczycy od dziesięcioleci i ma ugruntowany profil bezpieczeństwa, powiedział Schaal.

Rak trzustki jest czasami leczony kombinacją promieniowania i określonych środków chemioterapeutycznych, które zwiększają skuteczność promieniowania. Te leki „radiouczulające” działają poprzez przedłużenie procesu replikacji komórki, szczególnie gdy odsłonięte zostaje jej DNA, wyjaśnił Schaal. Odsłonięty DNA jest bardziej wrażliwy na promieniowanie i istnieje większe prawdopodobieństwo, że zostanie przez nie nieodwracalnie uszkodzony, co ostatecznie prowadzi do śmierci komórki.

W połączeniu z radiouczulającym chemioterapeutykiem znanym jako paklitaksel, autorzy badania ocenili radioaktywny biopolimer w kilku różnych modelach raka trzustki, starannie wybranych tak, aby odzwierciedlały różne aspekty raka trzustki (np. częste mutacje, charakterystykę nowotworu, gęstość guza lub oporność na leczenie). Spośród wszystkich testowanych modeli prawie każda mysz zareagowała, co oznaczało, że guzy albo się skurczyły, albo całkowicie zniknęły. „Wskaźniki odpowiedzi, które zaobserwowaliśmy w naszych modelach, były bezprecedensowe” – powiedział Schaal. „Po dokładnym przejrzeniu literatury nie znaleźliśmy jeszcze innego schematu leczenia, który zapewniałby tak silną odpowiedź w wielu i zróżnicowanych genetycznie modelach raka trzustki”. Co więcej, u niektórych myszy guzy nigdy nie powróciły w trakcie badania.

Kiedy autorzy badania oceniali aktualny schemat leczenia klinicznego – paklitaksel i napromienianie wiązką zewnętrzną – wskaźniki odpowiedzi nie były aż tak imponujące: tempo wzrostu guza zostało jedynie zahamowane, zamiast kurczyć się lub zanikać. „W przeciwieństwie do promieniowania z wiązki zewnętrznej, które jest podawane w krótkich seriach, nasza metoda brachyterapii zapewnia promieniowanie w sposób ciągły” – wyjaśnił Schaal. „Odkryliśmy, że ciągłe promieniowanie cząstek beta zmieniło mikrośrodowisko guza i umożliwiło paklitakselowi lepszą penetrację rdzenia guza, co pozwoliło uzyskać synergistyczny efekt terapeutyczny”.

Co ważne, w trakcie badania naukowcy nie zaobserwowali żadnych problemów związanych z ostrą toksycznością, a w najważniejszych narządach myszy gromadziły się znikome ilości radioaktywności. Oni mają wcześniej informowaliśmy że ich radioaktywny biopolimer bezpiecznie ulega biodegradacji - przy czym okres półtrwania żelu (około 95 dni) jest znacznie dłuższy niż okres półtrwania I-131 (około osiem dni).

Autorzy nie oceniali sposobu leczenia choroby z przerzutami, ale charakter ich podejścia pozwalał na wstrzykiwanie biopolimeru w wiele lokalizacji, np. w guzy w innych narządach. I chociaż badanie to pozostaje na etapie przedklinicznym, autorzy badania pracują nad dalszym rozwojem tego leczenia. „Nasza grupa nawiązała współpracę z badaczami klinicznymi w celu opracowania i optymalizacji naszego systemu do podawania pod kontrolą endoskopu w większym modelu zwierzęcym” – powiedział starszy autor dr Ashutosh Chilkoti, profesor na Wydziale Inżynierii Biomedycznej na Uniwersytecie Duke. „Jednak wyzwaniem związanym z zastosowaniem tego – lub jakiegokolwiek nowego leczenia – u pacjentów jest znalezienie wsparcia, które umożliwi jego przejście przez badania kliniczne”.

Badanie to było finansowane z grantu NIBIB (R01EB000188) oraz grantu z National Cancer Institute (NCI; grant R35CA197616).

(C) PZH