Door een door de FDA goedgekeurde kankerimmunotherapie te combineren met een opkomende tumorbrandende nanotechnologie, Onderzoekers van Duke University verbeterden de werkzaamheid van beide therapieën in een proof-of-concept-onderzoek met muizen.

De krachtige combinatie viel ook satelliettumoren en verre kankercellen aan, het volledig genezen van twee muizen en het effectief vaccineren van één tegen de ziekte. De resultaten verschenen online in Wetenschappelijke rapporten op 17 augustus.

"De ideale kankerbehandeling is niet-invasief, veilig en maakt gebruik van meerdere benaderingen, " zei Tuan Vo-Dinh, de R. Eugene en Susie E. Goodson hoogleraar biomedische technologie, hoogleraar scheikunde, en directeur van het Fitzpatrick Institute for Photonics aan de Duke University. "We streven er ook naar om het eigen immuunsysteem van de patiënt te activeren om resterende uitgezaaide tumoren uit te roeien. Als we een langdurige immuniteit tegen kanker kunnen creëren, dan zouden we echt een remedie hebben."

De nieuwe aanpak is gebaseerd op een "fotothermische immunotherapie" -technologie die is ontwikkeld door een interdisciplinaire groep Duke-onderzoekers die lasers en gouden nanosterren gebruikt om tumoren op te warmen en te vernietigen in combinatie met een immunotherapeutisch medicijn.

Deze fotothermische therapie hangt af van het alom aangetoonde feit dat nanodeeltjes zich bij voorkeur ophopen in een tumor vanwege het lekkende vaatstelsel.

Terwijl verschillende onderzoekers over de hele wereld dergelijke technieken nastreven met behulp van nanodeeltjes, Vo-Dinh is een pionier in de ontwikkeling van een uniek type nanodeeltjes genaamd gouden nanosterren, die het voordeel van geometrie hebben. Omdat gouden nanosterren meerdere scherpe punten hebben, ze kunnen de energie van de laser efficiënter opvangen. Hierdoor kunnen ze werken met minder blootstelling, waardoor ze effectiever dieper in een weefsel.

"De nanostar-spikes werken als bliksemafleiders, de elektromagnetische energie concentreren op hun uiteinden, " zei Vo-Dinh. "We hebben eerder met deze gouden nanosterren geëxperimenteerd om tumoren te behandelen, maar we wilden weten of we ook tumoren konden behandelen waarvan we niet eens wisten dat ze er waren, of tumoren die zich door het lichaam hebben verspreid."

Om verre kankercellen buiten de behandelingsplaats aan te vallen, Vo-Dinh werkte samen met collega's Brant Inman en Greg Palmer op de afdelingen Chirurgie en Stralingsoncologie van het Duke University Medical Center, en Paolo Maccarini van Duke Biomedical Engineering. Ze combineerden deze gouden nanostar-therapie met een kankerimmunotherapie die onlangs door de FDA is goedgekeurd en in klinisch gebruik is.

Normaal gesproken, het immuunsysteem van het lichaam beschermt tegen de groei van kankercellen. Veel tumoren, echter, overproductie van een molecuul genaamd PD-L1, die effectief T-cellen uitschakelt, de belangrijkste soldaten van het immuunsysteem.

Er worden verschillende geneesmiddelen ontwikkeld om te proberen de werking van PD-L1 te blokkeren, waardoor het immuunsysteem de kankercellen kan vernietigen. Inman is actief geweest in de vroege ontwikkeling en het huidige klinische gebruik van deze geneesmiddelen - die in deze studie werden gebruikt - om blaaskanker te behandelen.

In het experiment, de Duke-onderzoekers injecteerden blaaskankercellen in beide achterpoten van een groep muizen. Na te hebben gewacht tot de tumoren zijn gegroeid, de onderzoekers begonnen verschillende soorten behandelingen uit te proberen, maar alleen op een van de benen.

Degenen die geen behandelingen kregen, bezweken allemaal snel aan de kanker, net als degenen die alleen de gouden nanostar-fototherapie kregen, omdat de behandeling de tumor in het onbehandelde been niet aantast. Hoewel een paar muizen goed reageerden op de immunotherapie alleen, met het medicijn dat beide tumoren blokkeert, niemand overleefde meer dan 49 dagen.

De groep die werd behandeld met zowel de immunotherapie als de gouden nanostar-fototherapie deed het veel beter, met twee van de vijf muizen die meer dan 55 dagen overleefden.

"Als een tumor sterft, het laat deeltjes vrij die het immuunsysteem aanzetten om de overblijfselen aan te vallen, " zei Vo-Dinh. "Door de primaire tumor te vernietigen, we activeerden het immuunsysteem tegen de resterende kankercellen, en de immunotherapie zorgde ervoor dat ze zich niet konden verstoppen."

De gecombineerde behandeling werkte zo goed dat, een beetje als een verrassing, één muis leeft nog bijna een jaar zonder dat de kanker terugkeert. Zelfs een maand later, toen de onderzoekers meer kankercellen injecteerden, het immuunsysteem van de muis viel ze aan en vernietigde ze zonder problemen, wat wijst op een vaccineffect bij de genezen muis.

"Dit is ons doel - onze droom, ’ zei Vo-Dinh.

Terwijl onderzoekers dit proof-of-concept-experiment met een klein aantal muizen uitvoerden, de resultaten zijn bemoedigend. De Duke-onderzoekers zijn nu van plan om met grotere cohorten op te volgen en met andere klinische onderzoekers samen te werken om de behandeling te testen op muismodellen van hersenen, borst- en longkanker.