(PhysOrg.com) - UCLA-forskare har upptäckt ett sätt att väcka immunsystemet för att bekämpa cancer genom att leverera ett immunsystemstimulerande protein i en nanoskala behållare som kallas ett valv direkt in i lungcancertumörer, utnyttja kroppens naturliga försvar för att bekämpa sjukdomstillväxt.

Valven, fatformade kapslar i nanoskala som finns i cytoplasman hos alla däggdjursceller, konstruerades för att långsamt frigöra ett protein, kemokinen CCL21, in i tumören. Prekliniska studier på möss med lungcancer visade att proteinet stimulerade immunsystemet att känna igen och attackera cancercellerna, kraftigt hämmande av cancertillväxt, sa Leonard Rome, en forskare vid UCLA:s Jonsson Comprehensive Cancer Center, biträdande direktör för California NanoSystems Institutes och medförfattare till studien.

"Forskare har arbetat i många år för att utveckla effektiva immunterapier för att behandla cancer, med begränsad framgång, sa Rom, som har studerat valv i decennier. "I lungtumörer, immunförsvaret är nedreglerat och det vi ville göra var att väcka det, hitta ett sätt att få cancern att säga till immunsystemet, 'Hallå, Jag är en tumör och jag är här. Kom och ta mig.' "

Studien visas den 3 maj, 2011 års nummer av PLoS One , en peer-reviewed tidskrift från Public Library of Science.

Det nya valvleveranssystemet, som Rom karakteriserade som "bara en dröm" för tre år sedan, baseras på en 10-årig, pågående forskningsinsats med fokus på att använda en patients vita blodkroppar för att skapa dendritiska celler, celler i immunsystemet som bearbetar antigenmaterial och presenterar det på ytan för andra immunsystemceller. En fas I-studie som är en del av arbetet, ledd av ULCA:s Dr Steven Dubinett, använde ett replikationsbrist adenovirus för att infektera de dendritiska cellerna och uppmana dem att överutsöndra CCL21, första gången kemokinet har administrerats till människor. De konstruerade cellerna – 10 miljoner åt gången – injicerades sedan direkt i patientens lungcancer för att stimulera ett immunsvar.

Den tidiga fasstudien har visat att dendritiska cellmetoden är säker, har inga biverkningar och verkar förstärka immunsvaret – Dubinett och hans team hittade T-lymfocyter som cirkulerade i blodomloppet med specifika cytokinsignaturer, vilket indikerar att lymfocyterna kände igen cancern som en främmande inkräktare.

Dock, Processen att generera dendritiska celler från de vita blodkropparna och konstruera dem för att överutsöndra CCL21 är besvärlig, dyrt och tidskrävande. Det kräver också en Good Manufacturing Practice (GMP)-svit, ett specialiserat laboratorium som är avgörande för säker tillväxt och manipulation av celler, som många forskningsinstitutioner inte har.

"Det blir komplicerat, sa Dubinett, chef för lungcancerprogrammet vid UCLA:s Jonsson Comprehensive Cancer Center, professor i patologi och laboratoriemedicin, medlem av California NanoSystems Institute och medförfattare till tidningen. "Du måste ha ett sammanflöde av saker som händer - patienten måste vara kliniskt kvalificerad för studien och frisk nog att delta, vi måste kunna odla cellerna och sedan genetiskt modifiera dem och ge dem tillbaka."

Det fanns också utmaningen med patient-till-patient-variabilitet, sa Sherven Sharma, en forskare vid både Jonsson Cancer Center och California NanoSystems Institute, professor i lung- och intensivvårdsmedicin och medförfattare till studien. Det var lättare att isolera och odla de dendritiska cellerna hos vissa patienter än hos andra, så resultaten var inte konsekventa.

"Vi ville skapa ett enklare sätt att utveckla en miljö som skulle stimulera immunförsvaret, sa Sharma.

I Fas I-studien, det tar mer än en vecka att differentiera de vita blodkropparna till dendritiska celler och låta dem växa till de miljoner som krävs för behandlingen. De dendritiska cellerna är infekterade med ett virus konstruerat för att bära en gen som fick cellerna att utsöndra CCL21 och sedan injiceras i patientens tumör med hjälp av guidad bildbehandling.

"Vi tänkte om vi kunde ersätta de dendritiska cellerna med ett nanofordon för att leverera CCL21, vi skulle ha en enklare och billigare behandling som också skulle kunna användas på institutioner som inte har GMP, " sa Dubinett.

Om det lyckas, valvleveransmetoden skulle lägga till ett desperat behövligt vapen till arsenalen i kampen mot lungcancer, som står för nästan en tredjedel av alla cancerdödsfall i USA och dödar en miljon människor världen över varje år.

"Det är avgörande att vi hittar nya och mer effektiva terapier för att bekämpa denna dödliga sjukdom, "Sade Dubinett. "Just nu har vi inte tillräckliga alternativ för behandlingar för avancerad lungcancer."

Vault-nanopartiklarna som innehåller CCL21 har konstruerats för att långsamt frigöra proteinet i tumören över tiden, producerar ett bestående immunsvar. Även om valven skyddar den packade CCL21, de fungerar som en kapsel för tidfrisättning, sa Rom.

Rom, Dubinett och Sharma planerar att testa valvleveransmetoden i mänskliga studier inom de kommande tre åren och hoppas att de lovande resultaten som finns i de prekliniska djurtumörmodellerna kommer att replikeras. Om en sådan studie godkänns, det skulle vara första gången en valv-nanopartikel används i människor för en cancerimmunterapi.

Vault-nanopartikeln skulle bara kräva en enda injektion i tumören på grund av designen med långsam frisättning, och det skulle så småningom kunna utformas för att vara patientspecifikt genom att lägga till individens tumörantigener i valvet, sa Dubinett. Valven kan också målinriktas genom att lägga till antikroppar till deras yta som känner igen receptorer på tumören. Injektionen kunde sedan levereras in i blodomloppet och valvet skulle navigera till tumören, en mindre invasiv process som skulle vara lättare för patienterna. Valvet kan också söka upp och rikta in sig på tumörer och metastaser som är för små för att kunna upptäckas med bildbehandling.

Rom varnade för att valvarbetet är i ett mycket tidigare skede än Dubinetts forskning om dendritiska celler, men han är uppmuntrad av de tidiga resultaten. Målet är att utveckla en "off-the-shelf"-terapi med hjälp av valv.

"Hos djur, valvets nanopartiklar har visat sig vara lika effektiva, om inte mer effektivt, än dendritiska cellmetoden, " sa han. "Nu måste vi få valvterapin godkänd av FDA för användning på människor."

Eftersom ett valv är en naturligt förekommande partikel, det orsakar ingen skada på kroppen och är potentiellt ett idealiskt medel för användning vid leverans av personliga terapier, sa Rom.