Kankerpatiënten die gerichte therapie ondergaan, kunnen uitkijken naar een nieuwe bloedtest die hun artsen kan vertellen of de behandeling werkt, binnen één dag na aanvang van de behandeling. Dit zal het evaluatieproces aanzienlijk versnellen en artsen in staat stellen het behandelplan aan te passen, indien nodig, om de kansen op herstel van patiënten te vergroten.

In tegenstelling tot conventionele chemotherapieën die interfereren met alle snel delende cellen en wijdverspreide schade aan cellen kunnen veroorzaken, gerichte medicijnen vallen specifieke moleculen aan die kankercellen instrueren om te groeien en zich te verspreiden en op hun beurt, de abnormale groei van de kanker blokkeren. Ondanks de specifieke aard van gerichte medicijnen, de huidige klinische evaluatie van hun behandeling bij solide tumoren is voornamelijk gebaseerd op ofwel volumetrische beeldvorming van de tumor, die ongevoelig en vertraagd is, of invasieve weefselbiopten.

Assistent-professor Shao Huilin en haar onderzoeksteam van het Department of Biomedical Engineering en Institute for Health Innovation &Technology (iHealthtech) aan de National University of Singapore (NUS) hebben een technologie ontwikkeld die nauwkeurig, minder invasief en brengt het evaluatievenster aanzienlijk naar voren, door gebruik te maken van vloeibare biopsieën.

Succespercentage beschikbaar binnen 24 uur na kankerbehandeling

De techniek, genaamd extracellulaire vesikelbewaking van chemische bezetting van kleine moleculen en eiwitexpressie (ExoSCOPE), is de eerste in zijn soort ter wereld. Het maakt gebruik van extracellulaire blaasjes (EV's) die worden uitgescheiden door kankercellen en in het bloed circuleren als een reflecterende indicator van de effectiviteit van geneesmiddelen bij solide tumoren.

"Conventionele procedures zoals beeldvorming van tumoren zijn niet alleen duur, maar ook vertraagd. Voor deze methoden, De effectiviteit van de behandeling kan pas na weken worden bepaald. Met behulp van de ExoSCOPE, we kunnen de resultaten van de effectiviteit van geneesmiddelen direct meten binnen 24 uur na de start van de behandeling. Dit zal de tijd en kosten voor het monitoren van kankerbehandelingen aanzienlijk verminderen, ", zei hoofdwetenschapper Asst Prof Shao.

Ze voegde eraan toe, "Deze methode vereist slechts een kleine hoeveelheid bloedmonster voor de analyse en elke test duurt minder dan een uur om te voltooien. Dus, het is minder ingrijpend en toch informatiever. Op deze manier, artsen zouden de reactie van een patiënt op de behandeling tijdens de behandeling regelmatiger kunnen controleren, en maak tijdig aanpassingen om de behandeling aan te passen voor betere resultaten."

Het onderzoek werd voor het eerst gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

Gevoelige meting van geneesmiddelinteracties

Om een ​​gevoelige en snelle analyse van de werkzaamheid van geneesmiddelen door middel van bloedmonsters te bereiken, het NUS-onderzoeksteam ontwikkelde de ExoSCOPE als een geïntegreerd nanotechnologieplatform. Het meet EV's, die membraanblaasjes zijn die minstens honderd keer kleiner zijn dan de diameter van mensenhaar en onzichtbaar zijn onder conventionele lichtmicroscopie. Tijdens een succesvolle kankerbehandeling, wanneer een gericht kankermedicijn zich hecht aan een kankercel en de tumorgroei verstoort, de behandelde cel zal vrijkomen in de bloedbaan EV's die het medicijn bevatten.

Het ExoSCOPE-platform maakt gebruik van een complementaire benadering van chemische biologie en sensorontwikkeling om deze delicate medicijnveranderingen in EV's te meten.

"De huidige technologieën om interacties tussen geneesmiddelen te meten, vereisen complexe verwerking en invasieve weefselbiopten, het beperken van hun klinische bruikbaarheid voor het monitoren van kankerbehandelingen. Door speciaal ontworpen chemische sondes te gebruiken, ons platform is zeer gevoelig voor het vastleggen en labelen van EV's in een klein bloedmonster om interacties tussen geneesmiddelen en doelwitten te beoordelen, " zei dr. Sijun Pan, Onderzoeksfellow van NUS iHealthtech, en co-eerste auteur van de studie.

"De ExoSCOPE-sensor bevat miljoenen gouden nanoringen om de EV's vast te leggen en hun medicijnlabelsignalen te versterken om sterke lichtsignalen te induceren. Deze lichtsignalen worden vervolgens verwerkt om een ​​uitlezing te geven om de effectiviteit van het medicijn aan te geven, " zei meneer Zhang Yan, een promovendus van NUS Department of Biomedical Engineering en iHealthtech, en co-eerste auteur van de studie.

Met behulp van het ontwikkelde ExoSCOPE-platform, het team verzamelde informatie over verschillende soorten EV's en hun medicijnveranderingen, wanneer behandeld met verschillende gerichte therapieën. Het platform identificeert niet alleen door kanker veroorzaakte EV's, maar bewaakt ook hun medicijndynamiek in de loop van de tijd om de behandelingsgevoeligheid en resistentie nauwkeurig te onderscheiden.

"Bestaande farmacokinetische of farmacodynamische benaderingen in het bloed meten de totale geneesmiddelconcentratie in het bloed. Deze ensemble-informatie geeft niet de werkzaamheid van het geneesmiddel in tumoren weer. De ExoSCOPE, echter, meet medicijnveranderingen in door kanker vrijgekomen EV's om de reacties op de tumorbehandeling nauwkeurig weer te geven, " legde Asst Prof Shao uit.

Bemoedigende resultaten van klinisch onderzoek

In een klinische proef met 163 bloedmonsters van 106 patiënten, de ExoSCOPE heeft bemoedigende resultaten opgeleverd bij longkankerpatiënten om tijdige evaluatie van de gerichte behandelingsresultaten van patiënten mogelijk te maken. Vergeleken met de gouden standaard van tumor volumetrische beeldvorming, die werd uitgevoerd aan het einde van het gehele behandelingsregime, de ExoSCOPE behaalde een nauwkeurigheid van 95 procent, maar binnen 24 uur na aanvang van de behandeling.

De superieure analytische prestaties van deze techniek maken de weg vrij voor het gebruik van door bloed overgedragen EV's voor het bewaken van verschillende interacties tussen geneesmiddelen en eiwitdoelen in het menselijk lichaam.

"De ExoSCOPE presenteert een paradigmaverschuiving in op bloed gebaseerde medicijnevaluatie voor gerichte medicijnselectie en realtime monitoring van behandelingen, " zei Asst Prof Shao. "De techniek kan de klinische gemeenschap ook in staat stellen om tijdiger behandelbeslissingen te nemen."

Volgende stappen

Het negenkoppige NUS-team heeft twee jaar (van 2019 tot 2021) nodig gehad om het ExoSCOPE-platform te ontwikkelen en te valideren. Hun volgende uitdaging is om het platform uit te breiden om de werkzaamheid van verschillende medicijnen te meten en de technologie toe te passen op een spectrum van ziekten, van kanker tot cardiovasculaire en neurologische aandoeningen. Er is een patent aangevraagd voor ExoSCOPE en het NUS-team hoopt deze technologie in de komende drie jaar op de markt te brengen.

"Ik hoop dat onze technologie kan bijdragen aan een gepersonaliseerde behandeling, om de selectie te begeleiden, dosering en duur van verschillende behandelingen, en de behandelresultaten te verbeteren, " zei Asst Prof Shao.