Naukowcy tworzą nanometryczne pakiety kodu genetycznego ukierunkowane na komórki "nasienne" raka mózgu

Anonim

W badaniu "proof of concept" naukowcy z Johns Hopkins Medicine twierdzą, że z powodzeniem dostarczają nanometryczne pakiety kodu genetycznego o nazwie microRNA do leczenia guzów mózgu u myszy. Zawartość super-małych pojemników została zaprojektowana do celowania w rakowe komórki macierzyste, rodzaj komórkowego "ziarna", które produkuje niezliczone potomstwo i jest nieubłaganą barierą dla uwolnienia mózgu złośliwych komórek.

Wyniki ich eksperymentów zostały opublikowane online 21 czerwca w Nano Letters.

"Rak mózgu jest jednym z najszerzej rozumianych nowotworów pod względem genetyki, ale nie opracowaliśmy jeszcze dobrego leczenia" - mówi dr n. Med. John Laterra, profesor neurologii, onkologii i neuronauki. Johns Hopkins University School of Medicine i naukowiec z Kennedy Krieger Institute. "Odporność komórek macierzystych raka i bariera krew-mózg to główne przeszkody."

Krew, która dostaje się do mózgu, jest filtrowana przez szereg naczyń działających jako bariera ochronna. Ale ta bariera krew-mózg blokuje leki molekularne, które mogą zrewolucjonizować terapię raka mózgu poprzez celowanie w rakowe komórki macierzyste, mówi Laterra.

"Aby zmodernizować leczenie nowotworów mózgu, potrzebujemy narzędzi i metod, które omijają barierę krew-mózg", mówi dr Jordan Green, profesor inżynierii biomedycznej, okulistyki, onkologii, neurochirurgii, inżynierii materiałowej i inżynierii oraz inżynierii chemicznej i biomolekularnej w Szkole Medycznej Johns Hopkins University. "Potrzebujemy technologii do bezpiecznego i skutecznego dostarczania wrażliwych leków genetycznych bezpośrednio na nowotwory bez uszkadzania prawidłowej tkanki."

Przykładem, mówi Green, jest glioblastoma, forma raka mózgu, którą walczy Arizona Senator John McCain, co często wymaga powtarzających się operacji. Lekarze usuwają tkanki guza mózgu, które widzą, ale złośliwość często szybko wraca, mówi Laterra. Większość pacjentów z glejakiem żyje mniej niż dwa lata po postawieniu diagnozy.

Naukowcy od dawna podejrzewają, że rakowe komórki macierzyste są podstawą tego, co napędza powrót i rozprzestrzenianie się glejaka i innych nowotworów. Te komórki macierzyste dają początek innym komórkom rakowym, a jeśli unikną noża chirurga, mogą doprowadzić do zupełnie nowego guza.

Laterra i Green, którzy są członkami Johns Cancer Kimmel Cancer Center, opracowali sposób na wydajne dostarczanie super-małych pakietów mikroRNA do ustalonych guzów mózgu. MikroRNA ukierunkowane są na komórki macierzyste raka mózgu, aby powstrzymać ich zdolność do propagacji i podtrzymywania wzrostu guza.

Paczki są wykonane z biodegradowalnego tworzywa sztucznego, podobnego do materiału używanego do szycia szwów chirurgicznych i które z czasem ulega degradacji. Są 1000 razy mniejsze niż szerokość ludzkiego włosa i są typowe dla rozmiaru i kształtu naturalnych składników, z których komórki komunikują się. Kiedy komórki nowotworowe pochłaniają pakiety, rozpadają się i uwalniają swoją "ładowność" mikroRNA, szczególnie tam, gdzie mikroRNA muszą działać w komórkach rakowych.

W nanopakcie znajdują się mikroRNA, które wiążą się specyficznie z informacyjnym RNA połączonym z dwoma genami: HMGA1 i DNMT, które działają wspólnie w celu regulacji programów ekspresji genów w komórkach.

Kiedy mikroRNA wiążą się z tymi matrycowymi RNA, blokują one zdolność do wytwarzania białka i wyłączają programy, które kierują właściwościami pnia komórek rakowych. Bez właściwości macierzystych komórki nowotworowe są bardziej zróżnicowane, tracą zdolność do rozprzestrzeniania się nowotworów i mogą być bardziej podatne na promieniowanie i leki.

Do swoich eksperymentów naukowcy z Johns Hopkins wszczepili ludzkie komórki glejaka w 18 myszy. Aby naśladować kliniczne wyzwanie leczenia istniejącego guza, naukowcy czekali 45 dni przed leczeniem zwierząt, aby mieć pewność, że mają dobrze uformowane guzy. Połowa zwierząt otrzymywała infuzje nanopaketów zawierających aktywne mikroRNA bezpośrednio w ich guzy mózgu, a druga połowa otrzymywała nanopakety zawierające nieaktywne mikroRNA. Aby wyizolować wpływ nanocząstek, naukowcy wykorzystali myszy, które były hodowane bez komórek T układu odpornościowego, które celują w komórki rakowe.

Pięć z dziewięciu myszy otrzymujących nieaktywne mikroRNA (kontrole) zmarło w ciągu dwóch miesięcy, a reszta myszy kontrolnych zmarła w ciągu 90 dni. Trzy z dziewięciu myszy otrzymujących aktywne mikroRNA trwały do ​​80 dni, a sześć dożyło 133 dni. Tych sześciu zostało humanitarnie poddanych eutanazji, a wyizolowane mózgi myszy zbadano na obecność nowotworów.

Wszystkie myszy kontrolne miały duże guzy w mózgu po śmierci. Cztery myszy, które otrzymały aktywne mikroRNA i żyły do ​​133 dni, nie miały guzów, a dwie miały małe.

Green twierdzi, że wiele leków genetycznych zaprojektowano tak, by były ukierunkowane na jeden gen. Rodzaj nanocząstek, których zespół Johnsa Hopkinsa użył w tym badaniu, może otaczać wiele typów mikroRNA, aby celować w sieci wielu genów.

Kiedy komórki macierzyste raka mózgu internalizują nanocząsteczkę i przechodzą do stanu bez komórek macierzystych, Laterra mówi, klinicyści mogliby wykorzystać ten stan i dać promieniowanie lub inne leki, by zabić obecnie wrażliwe komórki.

Green twierdzi, że zespoły naukowe w innych krajach opracowują pakiety mikroRNA z wykorzystaniem materiałów na bazie lipidów, a pewna standardowa chemioterapia jest dostarczana w nanocząsteczce tłuszczowej zwanej liposomem.

Green i Laterra mówią, że nanocząstki w ich badaniach są w stanie przeniknąć cały nowotwór, ponieważ mózgi gryzoni są małe. Ludzie z większymi mózgami mogą potrzebować pompy i cewnika, aby lejkować nanocząstki w mózgu.

Zespół Johnsa Hopkinsa pracuje nad skalowaniem rozwoju nanocząsteczek i standaryzacji ich stabilności i jakości przed złożeniem wniosku o pozwolenie na rozpoczęcie badań klinicznych na ludziach.

menu
menu