Een borstkankerchirurg aan de Indiana University School of Medicine doet onderzoek waarbij gebruik wordt gemaakt van glas, goud, nanotechnologie en Griekse mythologie in de hoop borstkanker te overwinnen die is uitgezaaid naar de hersenen.

Susan E. Clare, MD, doctoraat, universitair hoofddocent chirurgie aan de IU School of Medicine, is de initiërende hoofdonderzoeker voor $ 573, 000 Ministerie van Defensie die haar in staat zal stellen een nieuwe benadering te onderzoeken voor het leveren van therapie voor hersenmetastasen van primaire borstkanker.

Net als de Grieken van weleer, Dr. Clare hoopt heimelijk "krijgers" te leveren aan het vijandelijke bolwerk, in dit geval een uitgezaaide hersentumor. Haar onderzoek gaat over het gebruik van een cel van het immuunsysteem van het lichaam om chemotherapie rechtstreeks naar de hersenmetastasen te brengen. Het medicijn of ander therapeutisch middel is gehecht aan de nanosferen, die door de immuuncel worden gedragen, zoals soldaten werden gedragen binnen het paard van Troje. De immuuncellen reizen in de bloedbaan en geven het medicijn af wanneer het de tumorplaats heeft bereikt.

De twee soorten borstkanker die het vaakst uitzaaien naar de hersenen zijn HER2-positief en drievoudig negatief. Er is geen specifiek gerichte behandeling beschikbaar voor de behandeling van triple-negatieve gemetastaseerde tumoren, maar lapatinib is een standaardbehandeling voor HER2-positieve kanker die is uitgezaaid naar andere delen van het lichaam.

"Het probleem voor bijna alle drugs, en HER2-gerichte medicijnen zijn geen uitzondering, is dat de bloed-hersenbarrière een significante belemmering vormt voor het toedienen van therapieën in concentraties die effectief kunnen zijn, "Zei Dr. Clare. Die biologische kwestie zorgde ervoor dat Dr. Clare andere methoden ging onderzoeken om medicijnen toe te dienen aan uitgezaaide hersentumoren.

Met behulp van nanodeeltjes genaamd "nanoshells, " ontwikkeld door Naomi J. Halas, doctoraat, Dsc, directeur van het Laboratorium voor Nanofotonica aan de Rice University, Dr. Clare hoopt de hersentumoren aan te pakken met lapatinib in een dosis die voldoende is om de signaalroute te stoppen die nodig is om de kankercellen te laten groeien.

In een juli-artikel in het tijdschrift Kanker nanotechnologie , Drs. Clare en Halas en collega's toonden aan dat de immuuncellen die de nanodeeltjes dragen, in een experimenteel muismodel de bloed-hersenbarrière konden passeren en zich konden nestelen in hersenmetastasen.

Eerst, een bestanddeel van witte bloedcellen genaamd macrofagen - veelzijdige cellen die een immuunrespons initiëren na het infiltreren van abnormale (kanker) cellen - worden verzameld. De nanodeeltjes worden opgenomen door de macrofagen, die vervolgens in de bloedbaan terechtkomen. Dr. Clare zei dat de macrofagen worden aangetrokken door de metastasen door chemoattractanten, dat zijn chemicaliën die door de tumor worden geproduceerd.

Deze nanodeeltjes bevinden zich in Fase I klinische studies voor de behandeling van hoofd-halskanker, geavanceerde prostaatkanker en longkanker door Nanospectra Biosciences, gevestigd in Houston, Texas. Omdat men dacht dat de bloed-hersenbarrière een significante belemmering was voor de bevalling, hun effectiviteit van de behandeling voor hersenmetastasen was niet opgenomen in de eerste tests. Dr. Clare's Department of Defense-beurs zal onderzoek op drie belangrijke gebieden mogelijk maken.

Het eerste doel is om aan te tonen dat de chemotherapiemedicijnen aan de nanodeeltjes kunnen worden vastgemaakt en naar believen op de juiste plek in de hersenen kunnen worden vrijgegeven. zei Dr. Clare. Vrijgeven "naar believen" is van cruciaal belang in het proces.

"Het medicijn komt vrij uit het deeltje door met een laser op het deeltje te schijnen, " zei zij. "De drug wordt vervoerd tussen twee stukken DNA die negatief geladen zijn. Bij blootstelling aan het laserlicht, de elektronen verschuiven van het nanodeeltje naar het DNA, waardoor het het medicijn kan vrijgeven."

De macrofagen dragen het nanodeeltje rechtstreeks naar de kankercellen, dus wanneer het medicijn wordt vrijgegeven, het is precies waar het moet zijn om naar de tumor te diffunderen en de cellulaire activiteit van de metastatische cellen te onderbreken.

Hoe simpel dat ook mag klinken, Het is niet.

Het nanodeeltje is een bolletje van silica bedekt met goud, waarvan is bewezen dat het niet-toxisch is in uitgebreide, wetenschappelijke studies op lange termijn. De dikte van de gouden schil bepaalt waar in het lichtspectrum het laserlicht wordt geabsorbeerd. Voor maximale weefselpenetratie, de nanodeeltjes zouden licht in het nabije infrarood moeten absorberen. De nanodeeltjes ontwikkeld door Dr. Halas doen precies dat.

Echter, het bot van de schedel vormt een extra uitdaging om voldoende laservermogen aan het nanodeeltje te leveren. Het vermogen van de laser verhogen is niet de oplossing omdat het de huid zal verbranden. Er zijn veel variabelen voor het raadsel, maar Dr. Clare heeft Keith Stantz verloofd, doctoraat, adjunct-assistent-professor radiologie aan het Indiana Institute of Biomedical Imaging Sciences, en Jacqueline A. Johnson, doctoraat, universitair hoofddocent aan het University of Tennessee Space Institute, beiden zijn experts in nanoseconde en femtoseconde lasers. Het team denkt een oplossing te hebben voor de stroomuitdaging en zal deze testen in muismodellen.

"Dat is een groot stuk van de puzzel, "Zei Dr. Clare. "Goud wordt gebruikt als de schil voor het deeltje vanwege zijn fysieke eigenschappen. Nauwkeurige berekeningen voor de dikte van het goud, de ideale penetratiediepte en de kracht van de laser waren uitdagingen die moesten worden opgelost voordat de effectiviteit van het toedieningssysteem voor het medicijn kon worden bestudeerd."