Med hjälp av svampar som sätts in i blodomloppet för att absorbera överflödiga läkemedel, läkare hoppas kunna förhindra de farliga biverkningarna av giftiga kemoterapimedel eller till och med ge högre doser för att slå tillbaka tumörer, som levercancer, som inte svarar på mer godartade behandlingar.

"Drogsvampen" är en absorberande polymerbeläggning en cylinder som är 3D-tryckt för att passa exakt i en ven som bär blodet som strömmar ut från målorganet-levern i levercancer, till exempel. Där, det skulle suga upp alla läkemedel som inte absorberas av tumören, förhindra att den når och potentiellt förgiftar andra organ.

I tidiga tester hos grisar, den polymerbelagda läkemedelsabsorbenten tog upp, i genomsnitt, 64 procent av ett läkemedel mot levercancer - kemoterapimedlet doxorubicin - injicerades uppströms.

"Kirurger ormar en tråd in i blodomloppet och placerar svampen som en stent, och lämna det bara så länge du ger cellgiftsbehandling, kanske några timmar, "sa Nitash Balsara, professor i kemisk och biomolekylär teknik vid University of California, Berkeley, och en fakultetsvetare vid Lawrence Berkeley National Laboratory.

"Eftersom det är en tillfällig enhet, det finns en lägre nivå när det gäller godkännande av FDA, "sa Steven Hetts, en interventionell radiolog vid UC San Francisco som först kontaktade Balsara på jakt efter ett sätt att ta bort droger från blodomloppet. "Jag tror att denna typ av kemofilter är en av de kortaste vägarna till patienter."

De flesta läkemedel mot cancer är giftiga, så läkare går en känslig linje när de administrerar kemoterapi. En dos måste vara tillräcklig för att döda eller stoppa tillväxten av cancerceller, men inte tillräckligt hög för att irreparabelt skada patientens andra organ. Ändå, kemoterapi åtföljs vanligtvis av stora biverkningar, inklusive illamående, kräkningar, diarré och undertryckande av immunsystemet, för att inte tala om håravfall och sår.

"Vi utvecklar detta kring levercancer eftersom det är ett stort hot mot folkhälsan-det finns tiotusentals nya fall varje år-och vi behandlar redan levercancer med intra-arteriell kemoterapi, "Sa Hetts." Men om du tänker efter, du kan använda denna metod för alla tumörer eller sjukdomar som är begränsade till ett organ, och du vill absorbera läkemedlet på venösa sidan innan det kan distribueras och orsaka biverkningar någon annanstans i kroppen. I slutändan skulle vi vilja använda denna teknik i andra organ för att behandla njurtumörer och hjärntumörer. "

Hetts, Balsara och deras kollegor på UC Berkeley, UCSF och University of North Carolina, Chapel Hill, kommer att publicera sina resultat online den 9 januari i tidningen ACS Central Science , en öppen publikation av American Chemical Society.

Mildare behandlingar

Hetts, chefen för interventionell neuroradiologi vid UCSF Mission Bay sjukhus, behandlar tumörer i ögat och hjärnan genom att tränga katetrar genom blodomloppet för att leverera kemoterapiläkemedel direkt till tumörens plats. Detta ger den maximala dosen till tumören och den minsta dosen till resten av kroppen, minimera biverkningar. Det är en enorm förbättring jämfört med att injicera kemoterapiläkemedel direkt i blodomloppet, som gör att läkemedlen kan nå och förgifta varje del av kroppen och spelar på att tumören viker för patienten. Ändå, vanligtvis slipper mer än hälften av den dos som injiceras i kroppen från målorganet.

Många år sedan, han började tänka på en stor förbättring:filtrera blodet som kommer ut från det riktade organet för att ta bort överflödig kemo så att mycket mindre av läkemedlet når kroppen som helhet.

Balsara, en kemiingenjör som specialiserat sig på joniska polymerer för batterier och bränsleceller, är en av de personer som Hetts närmade sig för att hitta en lämplig absorberare att sätta i blodomloppet. 2016, tidigare UC Berkeley och Berkeley Lab postdoktor Chelea Chen identifierade en jonisk polymer, inte till skillnad från polymerer som används i bränsleceller, som effektivt absorberar doxorubicin,

"En absorber är ett standard kemiskt konstruktionskoncept, "Balsara sa." Absorberare används i petroleumraffinering för att avlägsna oönskade kemikalier som svavel. Bokstavligen, Vi har tagit konceptet från petroleumraffinering och tillämpat det på kemoterapi. "

Den polymeren ledde Balsaras team till en kommersiell version av den absorberande polymeren som var lättare att få i stora mängder, och Berkeley postdoc Hee Jeung Oh spenderade mer än ett år på att perfekta ett sätt att fästa polymeren på en 3D-tryckt cylinder med korsande fjäderben som kan placeras inuti en persons ven.

"Det är viktigt att montera cylindern i venen; om passformen är dålig, då kommer blodet med det upplösta läkemedlet att flyta förbi cylindern utan att interagera med absorbenten, "Sa Balsara. Inse behovet av att anpassa enheten för enskilda patienter, Balsara begärde hjälp av en mångårig samarbetspartner, Joseph DeSimone, VD för Carbon, Inc., ett 3D-tryckföretag i Redwood City.

I experimenten rapporterade i ACS Central Science , Hetts implanterade den 3D-tryckta anordningen i venen hos en gris och mätte hur mycket av doxorubicinet som injicerades uppströms som förblev nedströms absorbatorn. I en frisk gris, cirka 64 procent av läkemedlet togs bort.

De är för närvarande mitt i experimenten för att avgöra hur mycket läkemedel som absorberas när enheten implementeras vid utgången av en frisk grislever, även om det sanna testet kommer att vara på människor, kanske om ett par år, Sa Hetts.

"Detta är en första nivå in vivo -validering som ja, denna enhet kommer att binda upp läkemedel i blodomloppet, "sade han." Men omfattande djurförsök är inte nästa väg; nästa väg är att få villkorligt godkännande från FDA för att göra först-i-mänskliga studier, eftersom det är mycket mer realistiskt att testa dessa hos människor som har cancer i motsats till att fortsätta testa hos unga grisar som annars har friska lever. "

Hetts säger att tekniken är överlägsen en annan behandling av levercancer som nu genomgår test, som kräver större endovaskulär kirurgi för att helt blockera utsignalerna från levern med ballonger och avleda det utströmmande blodet till en extern dialysmaskin, där läkemedlet tas bort och blodet återförs till kroppen.

"Det finns många möjligheter att utveckla mindre invasiva enheter som kommer att binda upp läkemedlet på ett mildare sätt, " han sa.

Läkemedelssvampar kan appliceras på många typer av tumörer och kemoterapiläkemedel, Hetts sa, och kan eventuellt användas för att suga upp andra farliga droger, såsom kraftfulla antibiotika som är giftiga för njurarna men som krävs för att döda en patogen.

"Vi tror att detta är ett allmänt tillämpbart koncept, " han sa.