Met behulp van sponzen die in de bloedbaan worden ingebracht om overtollige medicijnen te absorberen, artsen hopen de gevaarlijke bijwerkingen van giftige chemotherapiemiddelen te voorkomen of zelfs hogere doses toe te dienen om tumoren terug te dringen, zoals leverkanker, die niet reageren op meer goedaardige behandelingen.

De "drugsspons" is een absorberende polymeer die een cilinder bedekt die 3D-geprint is om precies in een ader te passen die het bloed vervoert dat uit het doelorgaan stroomt - de lever bij leverkanker, bijvoorbeeld. Daar, het zou elk medicijn opzuigen dat niet door de tumor wordt opgenomen, voorkomen dat het andere organen bereikt en mogelijk vergiftigt.

In vroege tests bij varkens, de met polymeer beklede medicijnabsorbeerder nam het op, gemiddeld, 64 procent van een medicijn tegen leverkanker - het chemotherapiemiddel doxorubicine - stroomopwaarts geïnjecteerd.

"Chirurgen slangen een draad in de bloedbaan en plaatsen de spons als een stent, en laat het er gewoon in zitten voor de tijd dat je chemotherapie geeft, misschien een paar uur, " zei Nitash Balsara, een professor in chemische en biomoleculaire engineering aan de Universiteit van Californië, Berkeley, en een faculteitswetenschapper aan het Lawrence Berkeley National Laboratory.

"Omdat het een tijdelijk apparaat is, er is een lagere lat voor goedkeuring door de FDA, zei Steven Hetts, een interventionele radioloog bij UC San Francisco die Balsara voor het eerst benaderde op zoek naar een manier om medicijnen uit de bloedbaan te verwijderen. "Ik denk dat dit type chemofilter een van de kortste wegen naar patiënten is."

De meeste geneesmiddelen tegen kanker zijn giftig, dus artsen lopen een delicate lijn bij het toedienen van chemotherapie. Een dosis moet voldoende zijn om kankercellen te doden of de groei ervan te stoppen, maar niet hoog genoeg om de andere organen van de patiënt onherstelbaar te beschadigen. Toch, chemotherapie gaat meestal gepaard met ernstige bijwerkingen, inclusief misselijkheid, braken, diarree en onderdrukking van het immuunsysteem, om nog maar te zwijgen van haaruitval en zweren.

"We ontwikkelen dit rond leverkanker omdat het een grote bedreiging voor de volksgezondheid is - er zijn elk jaar tienduizenden nieuwe gevallen - en we behandelen leverkanker al met intra-arteriële chemotherapie, "Zei Hetts. "Maar als je erover nadenkt, je zou dit soort benadering kunnen gebruiken voor elke tumor of elke ziekte die beperkt is tot een orgaan, en u wilt het medicijn aan de veneuze kant opnemen voordat het zich kan verspreiden en bijwerkingen elders in het lichaam kan veroorzaken. Uiteindelijk willen we deze technologie ook in andere organen gebruiken om niertumoren en hersentumoren te behandelen."

Hetts, Balsara en hun collega's van UC Berkeley, UCSF en de Universiteit van North Carolina, kapel heuvel, zullen hun resultaten op 9 januari online publiceren in het tijdschrift ACS Centrale Wetenschap , een open-access publicatie van de American Chemical Society.

Zachtere behandelingen

Hetts, het hoofd van interventionele neuroradiologie bij de UCSF Mission Bay Hospitals, behandelt tumoren van het oog en de hersenen door katheters door de bloedbaan te leiden om chemotherapiemedicijnen rechtstreeks op de plaats van de tumor af te leveren. Dit levert de maximale dosis aan de tumor en de minste dosis aan de rest van het lichaam, bijwerkingen minimaliseren. Het is een enorme verbetering ten opzichte van het rechtstreeks injecteren van chemotherapiemedicijnen in de bloedbaan, waardoor de medicijnen elk deel van het lichaam kunnen bereiken en vergiftigen en gokt op de tumor die vóór de patiënt bezwijkt. Hoe dan ook, typisch meer dan de helft van de dosis die in het lichaam wordt geïnjecteerd, ontsnapt uit het doelorgaan.

Een aantal jaar geleden, hij begon na te denken over een grote verbetering:het filteren van het bloed dat uit het doelorgaan komt om overtollige chemo te verwijderen, zodat veel minder van het medicijn het lichaam als geheel bereikt.

Balsara, een chemisch ingenieur die gespecialiseerd is in ionische polymeren voor batterijen en brandstofcellen, is een van de mensen die Hetts benaderde om een ​​geschikte absorber te vinden voor in de bloedbaan. in 2016, voormalig UC Berkeley en Berkeley Lab postdoctoraal onderzoeker Chelea Chen identificeerde een ionisch polymeer, niet anders dan polymeren die in brandstofcellen worden gebruikt, dat doxorubicine efficiënt absorbeert,

"Een absorber is een standaard chemisch technologisch concept, " Zei Balsara. "Absorbers worden gebruikt bij het raffineren van aardolie om ongewenste chemicaliën zoals zwavel te verwijderen. Letterlijk, we hebben het concept uit aardolieraffinage gehaald en toegepast op chemotherapie."

Dat polymeer leidde het team van Balsara naar een commerciële versie van het absorberende polymeer dat gemakkelijker in grote hoeveelheden te verkrijgen was, en Berkeley-postdoc Hee Jeung Oh besteedde meer dan een jaar aan het perfectioneren van een manier om het polymeer te hechten aan een 3D-geprinte cilinder met kriskras door elkaar lopende steunen die in de ader van een persoon kunnen worden geplaatst.

"Het plaatsen van de cilinder in de ader is belangrijk; als de pasvorm slecht is, dan zal het bloed met het opgeloste medicijn langs de cilinder stromen zonder interactie met het absorptiemiddel, " zei Balsara. Erkennend de noodzaak om het apparaat aan te passen aan individuele patiënten, Balsara riep de hulp in van een oude medewerker, Joseph De Simone, de CEO van Carbon, Inc., een 3D-printbedrijf in Redwood City.

In de experimenten gerapporteerd in ACS Centrale Wetenschap , Hetts implanteerde het 3D-geprinte apparaat in de ader van een varken en mat hoeveel van de stroomopwaarts geïnjecteerde doxorubicine stroomafwaarts van de absorber bleef. Bij een gezond varken ongeveer 64 procent van het medicijn werd verwijderd.

Ze zijn momenteel bezig met experimenten om te bepalen hoeveel medicijn wordt geabsorbeerd wanneer het apparaat wordt geïmplementeerd bij de uitgang van een gezonde varkenslever, hoewel de echte test bij mensen zal zijn, misschien over een paar jaar, zei Hetts.

"Dit is een eerste niveau in vivo validatie die ja, dit apparaat zal het medicijn in de bloedbaan binden, " zei hij. "Maar uitgebreide dierproeven zijn niet de volgende weg; het volgende pad is het verkrijgen van voorwaardelijke goedkeuring van de FDA om first-in-human studies te doen, omdat het veel realistischer is om deze te testen bij mensen die kanker hebben, in plaats van door te gaan met testen bij jonge varkens die verder een gezonde lever hebben."

Hetts zegt dat de techniek superieur is aan een andere behandeling van leverkanker die nu wordt getest, waarvoor een grote endovasculaire operatie nodig is om de uitgangen van de lever volledig te blokkeren met ballonnen en het uitstromende bloed om te leiden naar een externe dialysemachine, waar het medicijn wordt verwijderd en het bloed wordt teruggevoerd naar het lichaam.

"Er zijn veel mogelijkheden om minder invasieve apparaten te ontwikkelen die het medicijn op een zachtere manier binden, " hij zei.

Drugsponsen kunnen worden toegepast op vele soorten tumoren en chemotherapiemedicijnen, Hetts zei, en kan mogelijk worden gebruikt om andere gevaarlijke drugs op te zuigen, zoals krachtige antibiotica die giftig zijn voor de nieren maar nodig zijn om een ​​ziekteverwekker te doden.

"Wij vinden dit een algemeen toepasbaar concept, " hij zei.