Att tidigt kunna upptäcka om en cancerbehandling fungerar för en patient kan påverka behandlingsförloppet och förbättra resultat och livskvalitet. Dock, konventionella detektionsmetoder – såsom PET-skanningar, CT och MRT—kan vanligtvis inte upptäcka om en tumör krymper förrän en patient har fått flera behandlingscykler.

En ny teknik som utvecklats i prekliniska modeller av utredare vid Brigham and Women's Hospital (BWH) erbjuder ett nytt tillvägagångssätt och en läsning om effektiviteten av kemoterapi på så få som åtta timmar efter behandlingen. Tekniken kan också användas för att övervaka effektiviteten av immunterapi. Att använda en nanopartikel som levererar ett läkemedel och sedan fluorescerar grönt när cancerceller börjar dö, forskare kunde visualisera om en tumör är resistent eller mottaglig för en viss behandling mycket tidigare än de kliniska metoder som finns tillgängliga för närvarande.

Teamets resultat publiceras online denna vecka i The Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Med detta tillvägagångssätt, cellerna tänds i samma ögonblick som ett cancerläkemedel börjar verka. Vi kan avgöra om en cancerterapi är effektiv inom några timmar efter behandlingen, " sa medkorrespondent författare Shiladitya Sengupta, PhD, en huvudutredare vid BWH:s avdelning för bioteknik. "Vårt långsiktiga mål är att hitta ett sätt att övervaka resultaten mycket tidigt så att vi inte ger ett cellgiftsläkemedel till patienter som inte svarar på det."

Den nya tekniken drar fördel av det faktum att när celler dör, ett särskilt enzym som kallas kaspas aktiveras. Forskarna designade ett "reporterelement" som, i närvaro av aktiverat kaspas, lyser grönt. Teamet testade sedan om de kunde använda reporternanopartiklarna för att skilja mellan läkemedelskänsliga och läkemedelsresistenta tumörer. Använda nanopartiklar laddade med läkemedel mot cancer, teamet testade ett vanligt kemoterapeutiskt medel, paklitaxel, i en preklinisk modell av prostatacancer och, separat, en immunterapi som är inriktad på PD-L 1 i en preklinisk modell av melanom. I de tumörer som var känsliga för paklitaxel, teamet såg en ökning av fluorescens med cirka 400 procent jämfört med tumörer som inte var känsliga för läkemedlet. Teamet såg också en signifikant ökning av den fluorescerande signalen i tumörer som behandlats med anti-PD-L1 nanopartiklar efter fem dagar.

"Vi har visat att den här tekniken kan hjälpa oss att direkt visualisera och mäta tumörernas känslighet för båda typerna av läkemedel, " sa medkorrespondent författare Ashish Kulkarni, en instruktör vid avdelningen för biomedicinsk teknik vid BWH. "Nuvarande tekniker, som förlitar sig på mätningar av tumörens storlek eller metaboliska tillstånd, är ibland oförmögna att upptäcka effektiviteten av ett immunterapeutiskt medel eftersom volymen av tumören faktiskt kan öka när immunceller börjar strömma in för att attackera tumören. Reporter nanopartiklar, dock, kan ge oss en exakt avläsning av huruvida cancerceller dör eller inte."

Forskare planerar nu att fokusera på designen av radiospårämnen som kan användas på människor, och tester av både säkerhet och effektivitet kommer att vara nödvändiga innan den nuvarande tekniken kan översättas till kliniska tillämpningar. Sengupta, Kulkarni och deras kollegor arbetar aktivt med dessa steg för att främja labbets mål att förbättra hanteringen och behandlingen av cancer med nanoteknik.