En faktor som gör glioblastomcancer så svår att behandla är att maligna celler från tumörerna sprids i hjärnan genom att följa nervfibrer och blodkärl för att invadera nya platser. Nu, forskare har lärt sig att kapa denna migrationsmekanism, vända det mot cancern genom att använda en film av nanofibrer som är tunnare än människohår för att locka bort tumörceller.

Istället för att invadera nya områden, de migrerande cellerna låser sig på de specialdesignade nanofibrerna och följer dem till en plats – potentiellt utanför hjärnan – där de kan fångas och dödas. Genom att använda denna teknik, forskare kan delvis flytta tumörer från inoperabla platser till mer tillgängliga. Även om det inte kommer att eliminera cancern, den nya tekniken minskade storleken på hjärntumörer i djurmodeller, vilket tyder på att denna form av hjärncancer en dag kan behandlas mer som en kronisk sjukdom.

"Vi har designat en polymer tunnfilms nanofiber som efterliknar strukturen av nerver och blodkärl som hjärntumörceller normalt använder för att invadera andra delar av hjärnan, " förklarade Ravi Bellamkonda, ledande utredare och ordförande för Wallace H. Coulters avdelning för biomedicinsk teknik vid Georgia Tech och Emory University. "Cancercellerna hakar normalt fast vid dessa naturliga strukturer och åker dem som en monorail till andra delar av hjärnan. Genom att tillhandahålla en attraktiv alternativ fiber, vi kan effektivt flytta tumörerna längs en annan väg till en destination som vi väljer."

Detaljer om tekniken rapporterades den 16 februari i tidskriften Naturmaterial . Forskningen stöddes av National Cancer Institute (NCI), del av National Institutes of Health; av Atlanta-baserade Ian's Friends Foundation, och av Georgia Research Alliance. Förutom Coulter Department of Biomedical Engineering, forskargruppen inkluderade Children's Healthcare från Atlanta och Emory University.

Behandling av Glioblastoma multiforme cancer, även känd som GBM, är svårt eftersom den aggressiva och invasiva cancern ofta utvecklas i delar av hjärnan där kirurger är ovilliga att operera. Även om den primära tumören kan avlägsnas, dock, det har ofta spridit sig till andra platser innan det diagnostiserats.

Nya läkemedel utvecklas för att attackera GBM, men de Atlanta-baserade forskarna bestämde sig för att ta ett mer tekniskt tillvägagångssätt. Anjana Jain, vem är den första författaren till denna GBM-studie, är nu biträdande professor vid institutionen för biomedicinsk teknik vid Worcester Polytechnic Institute i Massachusetts. Som doktorand i Georgia Tech, Jain arbetade med biomaterial för ryggmärgsförnyelse. Sedan, som postdoktor i Bellamkonda-labbet, hon såg möjligheten att använda sitt examensarbete för att utveckla potentiella nya behandlingsmetoder för GBM.

"De signalvägar vi försökte aktivera för att reparera ryggmärgen var samma vägar som forskare skulle vilja inaktivera för glioblastom, ", sa Jain. "Att flytta till cancerapplikationer var en naturlig utveckling, en som hade stort intresse på grund av den mänskliga belastningen av sjukdomen."

Tumörceller invaderar vanligtvis frisk vävnad genom att utsöndra enzymer som tillåter invasionen att äga rum, hon förklarade. Den aktiviteten kräver en betydande mängd energi från cancercellerna.

"Vår idé var att ge tumörcellerna en väg med minsta motstånd, en som liknar de naturliga strukturerna i hjärnan, men det är attraktivt eftersom det inte kräver att cancercellerna förbrukar mer energi, " hon förklarade.

Experimentellt, forskarna skapade fibrer gjorda av polykaprolakton (PCL) polymer omgiven av en polyuretanbärare. Fibrerna, vars yta simulerar konturerna av nerver och blodkärl som cancercellerna normalt följer, implanterades i hjärnan på råttor där en mänsklig GBM-tumör växte. Fibrerna, bara halva diametern av ett människohår, fungerade som tumörguider, leder de migrerande cellerna till en "tumörsamlar"-gel som innehåller läkemedlet cyklopamin, som är giftigt för cancerceller. För jämförelse, forskarna implanterade också fibrer som inte innehöll PCL eller en icke-texturerad PCL-film i andra råtthjärnor, och lämnade några råttor obehandlade. Tumörsamlargelen var fysiskt placerad utanför hjärnan.

Efter 18 dagar, forskarna fann att jämfört med andra råttor, tumörstorlekar reducerades avsevärt hos djur som hade fått PCL-nanofiberimplantat nära tumörerna. Tumörceller hade flyttat hela längden av alla fibrer in i uppsamlargelen utanför hjärnan.

Även om utrotning av en cancer alltid skulle vara den idealiska behandlingen, Bellamkonda sa, den nya tekniken kanske kan kontrollera tillväxten av inoperabla cancerformer, låta patienterna leva ett normalt liv trots sjukdomen.

"Om vi ​​kan ge cancer en flyktventil av dessa fibrer, som kan ge ett sätt att upprätthålla långsamt växande tumörer så att, även om de kanske inte fungerar, människor kan leva med cancer eftersom de inte växer, ", sa han. "Kanske med sådana här idéer, vi kanske kan leva med cancer precis som vi lever med diabetes eller högt blodtryck."

Innan tekniken kan användas på människor, dock, det kommer att behöva genomgå omfattande tester och godkännas av FDA – en process som kan ta så mycket som tio år. Bland nästa steg är att utvärdera tekniken med andra former av hjärncancer, och andra typer av cancer som kan vara svåra att ta bort.

Att behandla hjärncancer med nanofibrer kan vara att föredra framför befintliga läkemedels- och strålningstekniker, sa Bellamkonda.

"En attraktion med tillvägagångssättet är att det bara är en enhet, ” han förklarade. ”Det finns inga droger som kommer in i blodet och cirkulerar i hjärnan för att skada friska celler. Att behandla dessa cancerformer med minimalt invasiva filmer kan vara mycket mindre farligt än att använda farmaceutiska kemikalier."

Såddfinansiering för tidig forskning för att verifiera potentialen för tekniken sponsrades av Ian's Friends Foundation, en Atlanta-baserad organisation som stödjer forskning om hjärncancer hos barn.

"Vi kunde inte vara mer nöjda med de framsteg som Georgia Tech och professor Bellamkondas labb har gjort för att hjälpa till att hitta en lösning för barn med både inoperabla hjärntumörer och för de som lider av tumörer i mer invasiva områden, sade Phil Yagoda, en av organisationens grundare. "Med detta forskarteams engagemang och vision, detta spännande och exceptionella arbete är nu närmare verkligheten. Genom att möjliggöra förflyttning av en inoperabel tumör till en operationsbar plats, detta arbete kan ge hopp till alla barn och föräldrar till de barn som kämpar sin största kamp, kampen för deras liv."