Genom att använda små "nanoskal" av guld för att leverera bara lite värme till brösttumörceller som redan behandlats med strålning ökar behandlingens dödande potential - inte bara att krympa tumören utan att döda cancerstamcellerna, sa forskare vid The Methodist Hospital, Baylor College of Medicine och University of Texas M. D. Anderson Cancer Center i en rapport för Science translationell medicin .
I studier av tumörceller som odlats i laboratoriet och av möss med de mest aggressiva mus- och humantumörerna, forskarna fann att strålning plus guld-nanoskal uppvärmda med en nära-infraröd laser inte bara minskade tumörerna utan minskade dramatiskt befolkningen av cancerstamceller, sa Rachel Atkinson, Baylor -doktoranden som är första författare till rapporten. Hennes mentorer är Dr. Jeffrey Rosen, professor i molekylär och cellulär biologi och medlem av NCI-utsedda Dan L. Duncan Cancer Center och Dr Jenny C. Chang, en tidigare BCM -professor som nu är chef för Methodist Cancer Center. Båda är seniorförfattare till rapporten.
Atkinson sa, "Jag snubblade över detta när jag var en förstaårs doktorand. Jag arbetade med strålning och cancerstamceller, som är resistenta mot kemoterapi och strålbehandling. Jag hade behandlat mina celler med strålning och lämnat dem under helgen. När jag kom tillbaka på måndagen, Jag blev besviken eftersom mina cancerstamceller var döda och de normala cellerna var bra. "
Hon öppnade inkubatorn och glasögonen dimmade, gav henne en aning om att temperaturen hade stigit under helgen. Det var ledtråden att värme plus strålning verkade vara effektivt mot de envisa stamcellerna.
Hon följde upp det med olika typer av tumörceller och skulle publicera sina data när hon fick reda på en grupp vid MD Anderson som använde nanoskal för att leverera hypertermi och för att göra tumörer känsliga för strålterapi. Dessa originalstudier hade visat att hypertermi levereras genom nanoshells ökar perfusionen av tumörer med syre och stör även blodtillförseln till tumörer fokalt, båda förbättrar strålningens effektivitet. De bestämde sig för att samarbeta för att avgöra vilken effekt värme som levereras av nanoshells skulle ha i mycket resistenta tumörer hos möss.
Atkinson valde två aggressiva brösttumörer som representerar en av de värsta bröstcancertyperna -trippel negativ bröstcancer, som saknar avgörande receptorer som kan göra den riktad mot specifika läkemedel. Hon arbetade också med möss som hade mänskliga tumörer av samma typ.
När hon behandlade tumörerna med strålning ensam, tumörerna skulle krympa, men en stor andel av de celler som blev kvar var cancerstamceller, som kan växa tillbaka tumören. Att lägga till bara lite värme - från 37 grader C (98,6 grader F) till 42 grader C (107,6 grader F) - via nanoshells minskade populationen av stamceller dramatiskt.
"Stamcellerna från cancer var mer känsliga för kombinationsbehandlingen än huvuddelen av tumören. Detta är det exakt motsatta svaret vi ser med endast strålning, " Hon sa.
När Atkinson transplanterade celler från de behandlade tumörerna till möss, hon fann att tumörer var mindre aggressiva och verkade (fenotyp) mer differentierade än tumörer som endast behandlades med strålning. När hon tittade på tumörer som växte efter transplantation, hon fann att de odifferentierade tumörerna hade förändrats, blir mer differentierad med bildandet av kanaler och lumen typiska för bröstarkitektur.
"Fördelen med nanoshells är att du inte värmer hela musen, "sade Rosen. Tidigare studier av värmens effekt på cancer har använt hela kroppsuppvärmning, som kan ha allvarliga biverkningar. I detta fall, guld nanoshells, som är 100-nanometer kiseldioxidkulor med guldskal, invadera tumören genom de läckande blodkärlen som ger den näring. (En nanometer är en miljarddels meter.) De använde en speciell nära-infraröd laser för att värma nanoshells i cirka 20 minuter.
"Vi fokuserade på cancerstamcellerna, inte bara krympningen av tumören. Att minska tumörens storlek är inte en bra slutpunkt. Du kan krympa tumören med droger eller strålning, men det dödar inte stamcellerna, "sa Rosen, som är en pionjär inom området. "Vad Rachel visade med hjälp av musmodeller och xenotransplantat leder till kliniska prövningar hos patienter."
"Dessa fynd kan ha enorma kliniska konsekvenser. Användningen av guld -nanoskal med uppvärmning och strålning kan eliminera cancerstamceller såväl som huvuddelen av tumören, som kan förbättra överlevnaden hos kvinnor med bröstcancer, sa Chang.
Atkinson fann också att med tillägg av hypertermi kunde cancercellerna inte reparera skadorna på deras DNA och de flesta av dem dog. Värmen hindrade också cellerna från att öka nivåerna av de flesta värmechockproteinerna, Hon sa. Det enda värmechockproteinet som ökade kan förklara varför några av stamcellerna utvecklats till ett mer differentierat tillstånd.
En redaktörs sammanfattning i tidningen noterade:"Även om guldnanoskal fortfarande kräver ytterligare testning, hypertermi behandlingar är redan i kliniska prövningar, och joniserande strålning är en grundläggande del av cancerterapin. Detta tyder på att den dubbla hypertermi-strålningscancerterapi av Atkinson et al. bör vara mottagliga för en klinisk miljö. "
