Het gebruik van kleine gouden "nanoschelpen" om slechts een beetje warmte af te geven aan borsttumorcellen die al met straling zijn behandeld, verhoogt het dodelijke potentieel van de behandeling - niet alleen het verkleinen van de tumor maar het doden van de kankerstamcellen, zeiden onderzoekers van The Methodist Hospital, Baylor College of Medicine en het MD Anderson Cancer Center van de Universiteit van Texas in een rapport voor Wetenschap Translationele geneeskunde .

In studies van tumorcellen gekweekt in het laboratorium en van muizen met de meest agressieve muizen- en humane tumoren, de onderzoekers ontdekten dat straling plus gouden nanoshells die werden verwarmd met een nabij-infraroodlaser niet alleen de tumoren deed krimpen, maar ook de populatie kankerstamcellen drastisch verminderde, zei Rachel Atkinson, de Baylor-afgestudeerde student die de eerste auteur van het rapport is. Haar mentoren zijn Dr. Jeffrey Rosen, hoogleraar moleculaire en cellulaire biologie en lid van het door het NCI aangewezen Dan L. Duncan Cancer Center en Dr. Jenny C. Chang, een voormalige BCM-professor die nu directeur is van het Methodist Cancer Center. Beiden zijn senior auteurs van het rapport.

Atkinson zei, "Ik kwam dit tegen toen ik een eerstejaarsstudent was. Ik werkte met straling en kankerstamcellen, die resistent zijn tegen chemotherapie en bestralingstherapie. Ik had mijn cellen bestraald en in het weekend gelaten. Toen ik maandag terugkwam, Ik was teleurgesteld omdat mijn kankerstamcellen dood waren en de normale cellen in orde waren."

Ze opende de couveuse en haar bril beslagen, haar een aanwijzing gevend dat de temperatuur in het weekend was gestegen. Dat was de aanwijzing dat warmte plus straling effectief bleek te zijn tegen de hardnekkige stamcellen.

Ze volgde het op met verschillende soorten tumorcellen en stond op het punt haar gegevens te publiceren toen ze hoorde van een groep bij M.D. Anderson die nanoshells gebruikte om hyperthermie toe te dienen en om tumoren gevoelig te maken voor bestralingstherapie. Deze originele onderzoeken hadden aangetoond dat hyperthermie die wordt toegediend via nanoshells de perfusie van tumoren met zuurstof verhoogt en ook de bloedtoevoer naar tumoren focaal verstoort, die beide de effectiviteit van straling vergroten. Ze besloten samen te werken om te bepalen welk effect de warmte van de nanoschillen zou hebben op zeer resistente tumoren bij muizen.

Atkinson koos twee agressieve borsttumoren die een van de ergste vormen van borstkanker vertegenwoordigen:triple-negatieve borstkanker, die cruciale receptoren mist die het doelwit kunnen maken met specifieke medicijnen. Ze werkte ook met muizen met menselijke tumoren van hetzelfde type.

Toen ze de tumoren alleen met bestraling behandelde, de tumoren zouden krimpen, maar een groot percentage van de achtergebleven cellen waren kankerstamcellen, waardoor de tumor kan groeien. Door slechts een klein beetje warmte toe te voegen - van 37 graden C (98,6 graden F) tot 42 graden C (107,6 graden F) - via de nanoschillen, werd de populatie stamcellen drastisch verminderd.

"De kankerstamcellen waren gevoeliger voor de combinatiebehandeling dan het grootste deel van de tumor. Dit is precies de tegenovergestelde reactie die we zien met alleen bestraling, " ze zei.
Toen Atkinson cellen van de behandelde tumoren in muizen transplanteerde, ze ontdekte dat tumoren minder agressief waren en er (fenotype) meer gedifferentieerd uitzagen dan tumoren die alleen met bestraling werden behandeld. Toen ze naar de tumoren keek die na transplantatie groeiden, ze ontdekte dat de ongedifferentieerde tumoren waren veranderd, steeds meer gedifferentieerd met de vorming van kanalen en lumen die typisch zijn voor borstarchitectuur.

"Het voordeel van de nanoshells is dat je niet de hele muis verwarmt, " zei Rosen. Eerdere onderzoeken naar het effect van warmte op kanker hebben gebruik gemaakt van verwarming van het hele lichaam, die ernstige bijwerkingen kunnen hebben. In dit geval, de gouden nanoschelpen, dat zijn 100 nanometer silicabolletjes met gouden schelpen, de tumor binnendringen via de lekkende bloedvaten die hem van voeding voorzien. (Een nanometer is een miljardste van een meter.) Ze gebruikten een speciale nabij-infraroodlaser om de nanoschillen ongeveer 20 minuten te verwarmen.

"We concentreerden ons op de kankerstamcellen, niet alleen het krimpen van de tumor. Het verkleinen van de tumor is geen goed eindpunt. Je kunt de tumor verkleinen met medicijnen of bestraling, maar het doodt de stamcellen niet, " zei Rosen, die een pionier is in het veld. "Wat Rachel liet zien met behulp van muismodellen en xenotransplantaten leidt tot klinische proeven bij patiënten."

"Deze bevindingen kunnen enorme klinische implicaties hebben. Het gebruik van gouden nanoshells met verwarming en straling zou kankerstamcellen kunnen elimineren, evenals het grootste deel van de tumor, die de overleving van vrouwen met borstkanker kunnen verbeteren, " zei Chang.

Atkinson ontdekte ook dat met de toevoeging van hyperthermie de kankercellen de schade aan hun DNA niet konden herstellen en de meeste stierven. De hitte verhinderde ook dat de cellen de niveaus van de meeste heat shock-eiwitten verhoogden, ze zei. Het enige hitteschok-eiwit dat toenam, kan verklaren waarom sommige stamcellen naar een meer gedifferentieerde toestand evolueerden.

Een samenvatting van een redacteur in het tijdschrift merkte op:"Hoewel gouden nanoshells nog steeds verder moeten worden getest, hyperthermie behandelingen zijn al in klinische proeven, en ioniserende straling is een hoofdbestanddeel van kankertherapie. Dit suggereert dat de dubbele hyperthermie-straling kankertherapie van Atkinson et al. moet geschikt zijn voor een klinische setting."