En bröstcancerkirurg vid Indiana University School of Medicine bedriver forskning som kommer att använda glas, guld, nanoteknik och grekisk mytologi i hopp om att övervinna bröstcancer som har spridit sig till hjärnan.

Susan E. Clare, M.D., Ph.D., docent i kirurgi vid IU School of Medicine, är den initierande huvudutredaren för en $573, 000 Department of Defense anslag som kommer att göra det möjligt för henne att utforska en ny metod för att leverera terapi till hjärnmetastaser från primär bröstcancer.

Liksom grekerna förr i tiden, Dr. Clare hoppas kunna leverera "krigare" till fiendens fäste, i detta fall en metastaserande hjärntumör. Hennes forskning kommer att utforska att använda en cell från kroppens immunsystem för att leverera kemoterapi direkt till hjärnans metastaser. Läkemedlet eller annat terapeutiskt medel är fäst vid nanosfärerna, som bärs i immuncellen, ungefär som soldater bars inom den trojanska hästen. Immuncellerna färdas i blodomloppet och släpper läkemedlet när det har nått tumörstället.

De två typer av bröstcancer som oftast metastaserar till hjärnan är HER2-positiva och trippelnegativa. Det finns ingen specifikt riktad behandling tillgänglig för att behandla trippelnegativa metastaserande tumörer, men lapatinib är en standardbehandling för HER2-positiv cancer som har spridit sig till andra delar av kroppen.

"Problemet för nästan alla droger, och HER2-inriktade läkemedel är inget undantag, är att blod-hjärnbarriären är ett betydande hinder för att leverera terapier i koncentrationer som kan vara effektiva, "Dr. Clare sa. Det biologiska problemet fick Dr. Clare att utforska andra metoder för att leverera läkemedel till metastaserande hjärntumörer.

Genom att använda nanopartiklar som kallas "nanoskal, " utvecklad av Naomi J. Halas, Ph.D., D.Sc., chef för Laboratory for Nanophotonics vid Rice University, Dr. Clare hoppas kunna inrikta sig på hjärntumörerna med lapatinib i en dos som är tillräcklig för att stänga av den signalväg som behövs för att cancercellerna ska föröka sig.

I en juliartikel i tidskriften Cancer nanoteknik , Drs. Clare och Halas och kollegor visade att immuncellerna som bär nanopartiklarna kunde passera blod-hjärnbarriären och hem till hjärnmetastaser i en experimentell musmodell.

Först, en komponent av vita blodkroppar som kallas makrofager - mångsidiga celler som initierar ett immunsvar efter att ha infiltrerat onormala (cancerceller) - samlas in. Nanopartiklarna intas av makrofagerna, som sedan släpps ut i blodomloppet. Dr Clare sa att makrofagerna attraheras av metastaserna av kemoattraktanter, som är kemikalier som produceras av tumören.

Dessa nanopartiklar befinner sig i kliniska fas I-studier för behandling av huvud- och halscancer, avancerad prostatacancer och lungcancer genom Nanospectra Biosciences, baserad i Houston, Texas. Eftersom blod-hjärnbarriären ansågs vara ett betydande hinder för förlossningen, deras behandlingseffektivitet för hjärnmetastaser inkluderades inte i den initiala testningen. Dr. Clares anslag från försvarsdepartementet kommer att tillåta forskning inom tre nyckelområden.

Det första målet är att visa att kemoterapiläkemedlen kan bindas till nanopartiklarna och frigöras efter behag på lämplig plats i hjärnan, sa doktor Clare. Att släppa "efter behag" är avgörande i processen.

"Läkemedlet frigörs från partikeln genom att en laser lyser på partikeln, ”, sade hon. ”Drogen transporteras mellan två bitar av DNA som är negativt laddade. När den utsätts för laserljus, elektronerna skiftar från nanopartikeln till DNA, så att den släpper ut drogen."

Makrofagerna bär nanopartikeln direkt till cancercellerna, så när drogen släpps, det är precis där det behöver vara för att diffundera till tumören och avbryta cellaktiviteten hos de metastaserande cellerna.

Hur enkelt det än låter, det är det inte.

Nanopartikeln är en silikaboll täckt med guld, som har visat sig vara giftfritt i omfattande, långsiktiga vetenskapliga studier. Tjockleken på skalet av guld avgör var på ljusspektrumet laserljuset absorberas. För maximal vävnadspenetration, nanopartiklarna ska absorbera ljus i det nära infraröda. Nanopartiklarna som utvecklats av Dr Halas gör just det.

Dock, skallbenet utgör en ytterligare utmaning för att leverera tillräcklig laserkraft till nanopartikeln. Att öka laserns kraft är inte svaret eftersom det kommer att bränna huden. Det finns många variabler i gåtan, men Dr. Clare har förlovat Keith Stantz, Ph.D., adjungerad biträdande professor i radiologi vid Indiana Institute of Biomedical Imaging Sciences, och Jacqueline A. Johnson, Ph.D., docent vid University of Tennessee Space Institute, båda är experter på nanosekunds- och femtosekundslasrar. Teamet tror att de har en lösning på kraftutmaningen och kommer att testa den i musmodeller.

"Det är en stor pusselbit, " Dr. Clare sade. "Guld används som skal för partikeln på grund av dess fysikaliska egenskaper. Exakta beräkningar för guldets tjocklek, det ideala penetrationsdjupet och laserns kraft var utmaningar som måste lösas innan effektiviteten av leveranssystemet för läkemedlet kan studeras."