(Phys.org) - Experimentera med humana prostatacancerceller och möss, cancer imaging experter på Johns Hopkins säger att de har utvecklat en metod för att hitta och döda maligna celler samtidigt som de sparar friska.
Metoden, kallas teranostisk avbildning, mål och spårar potenta läkemedelsbehandlingar direkt och endast till cancerceller. Den förlitar sig på att binda en ursprungligen inaktiv form av läkemedelskemoterapi, med ett enzym, till specifika proteiner på tumörcellytor och detektera läkemedlets absorption i tumören. Bindningen av det högspecifika läkemedelsproteinkomplexet, eller nanoplex, till cellytan gör att den kan komma in i cancercellen, där enzymet långsamt aktiverar det tumördödande läkemedlet.
Forskare säger att deras resultat, publicerad i tidningen ACS Nano online 6 augusti, tros vara den första som visar att kemoterapier exakt kan kontrolleras på molekylär nivå för att maximera deras effektivitet mot tumörer, samtidigt som de minimerar deras biverkningar.
Senior studieutredare Zaver Bhujwalla, Ph.D., en professor vid Johns Hopkins University School of Medicine och dess Kimmel Cancer Center, noterar att ett ihållande problem med nuvarande kemoterapi är att det angriper alla typer av celler och vävnader, inte bara cancerframkallande.
I de teranostiska avbildningsexperimenten, övervakad av Bhujwalla och studieforskare Martin Pomper, M.D., Ph.D., utredare riktade läkemedel endast till cancerceller, specifikt de med prostata-specifikt membranantigen, eller PSMA -cellytproteiner.
"Våra resultat visar en icke-invasiv avbildningsmetod för att följa och leverera riktad terapi till cancer som uttrycker PSMA, "säger Bhujwalla, som också fungerar som chef för Johns Hopkins In Vivo Cellular and Molecular Imaging Center (ICMIC), där de teranostiska avbildningsstudierna utvecklades.
Bhujwalla säger att den nya tekniken potentiellt kommer att fungera mot cancer där tumörer höjer produktionen av vissa cellytproteiner. Exempel skulle vara bröstcancer med HER-2/neu- och CXCR4-proteiner, och lite lever, lung- och njurcancer också känd för att uttrycka specifika proteiner. Hon noterar att PSMA uttrycks i kärlen hos de flesta solida tumörer, vilket tyder på att nanoplexen som rapporterades i den senaste studien i allmänhet skulle kunna användas för att avbilda och behandla en mängd olika cancerformer.
I deras senaste experimentserie, främst hos möss injicerade med humana prostatatumörceller, Bhujwalla och Johns Hopkins-teamet testade deras förmåga att spåra leverans av cancerläkemedel direkt till tumörer med bildanordningar. Några av tumörerna bestod av celler med PSMA, medan andra så kallade kontrolltumörer inte hade några. Ingår i läkemedlet nanoplex var små delar av RNA, cellkonstruktioner som istället kan användas för att blockera och minska produktionen av ett välkänt enzym, kolinkinas, vars nivåer vanligtvis stiger med tumörtillväxt. Alla nanoplexkomponenter avbildades inuti tumören, förutom att tappa kolinkinasproduktionen, som minskade med 80 procent inom 48 timmar efter nanoplexabsorption i celler med riklig PSMA. När forskare använde antikroppar för att blockera verkan av PSMA, minskade nivån av nanoplexupptag och läkemedelsaktivering i cancerceller, mätt genom att dimma bilden.
Olika koncentrationer av läkemedlet nanoplex, märkt med radioaktiva och fluorescerande molekyler, blandades i laboratoriet med prostatacancervävnadsceller, varav några hade extra PSMA och andra som inte hade någon. Endast de celler med extra PSMA visade nanoplexupptag, mätt med bildintensitet, som senare minskade när PSMA-blockerande kemikalier tillsattes (tillbaka till nivåer som ses i celler med nästan ingen PSMA).
Ytterligare experiment med injektioner av tre olika koncentrationer av läkemedlet nanoplex visade ingen skada på andra vitala musorgan, såsom njuren och levern, inte heller någon ökning i musens immunsystemsvar.
"Vår teranostiska bildbehandling visar hur de bästa metoderna för upptäckt och behandling kan kombineras till högspecialiserade, mer potenta och säkrare former av kemoterapi, säger Pomper, professor vid Johns Hopkins, som också fungerar som associerad direktör på ICMIC.
Han säger att ett viktigt mål för teranostisk avbildning är att flytta det bortom standard kemoterapi som angriper en målmolekyl i taget. "Med teranostisk avbildning, vi kan attackera flera tumörmål, gör det svårare för tumören att undvika läkemedelsbehandling, säger Pomper, som redan arbetar med kollegor på Johns Hopkins för att identifiera andra molekylära mål.
