Biomedicinsk ingenjörsforskare vid North Carolina State University och University of North Carolina i Chapel Hill har utvecklat en teknik som använder en lapp inbäddad med mikronålar för att leverera cancerimmunterapibehandling direkt till platsen för melanom hudcancer. I djurstudier, tekniken mer effektivt riktat melanom än andra immunterapibehandlingar.

Enligt CDC, mer än 67, 000 människor i USA diagnostiserades med melanom bara 2012 - det senaste året för vilket data finns tillgängliga. Om den fångas tidigt, melanompatienter har en 5-årig överlevnad på mer än 98 procent, enligt National Cancer Institute. Det antalet sjunker till 16,6 procent om cancern har metastaserat före diagnos och behandling. Melanombehandlingar sträcker sig från kirurgi till kemoterapi och strålbehandling. Ett lovande nytt område för cancerbehandling är cancerimmunterapi, som hjälper kroppens eget immunsystem att bekämpa cancer.

I immunsystemet, T -celler ska identifiera och döda cancerceller. Att göra sitt jobb, T -celler använder specialiserade receptorer för att skilja friska celler från cancerceller. Men cancerceller kan lura T -celler. Ett sätt cancerceller gör detta är genom att uttrycka en proteinligand som binder till en receptor på T -cellerna för att förhindra att T -cellen känner igen och angriper cancercellen.

Nyligen, cancerimmunterapiforskning har fokuserat på att använda "anti-PD-1" (eller programmerad celldöd) antikroppar för att förhindra att cancerceller lurar T-celler.

"Dock, detta ställer flera utmaningar, "säger Chao Wang, medförfattare till en uppsats om mikronålsforskningen och en postdoktor i det gemensamma biomedicinska ingenjörsprogrammet vid NC State och UNC-Chapel Hill. "Först, anti-PD-1-antikropparna injiceras vanligtvis i blodomloppet, så att de inte kan rikta tumörstället effektivt. Andra, en överdos av antikroppar kan orsaka biverkningar som en autoimmun sjukdom. "

För att hantera dessa utmaningar, forskarna utvecklade en lapp som använder mikronålar för att leverera anti-PD-1-antikroppar lokalt till hudtumören. Mikronålarna är gjorda av hyaluronsyra, ett biokompatibelt material.

Anti-PD-1-antikropparna är inbäddade i nanopartiklar, tillsammans med glukosoxidas - ett enzym som producerar syra när det kommer i kontakt med glukos. Dessa nanopartiklar laddas sedan i mikronålar, som är placerade på ytan av en lapp.

När plåstret appliceras på ett melanom, blod kommer in i mikronålarna. Glukosen i blodet gör att glukosoxidaset producerar syra, som långsamt bryter ner nanopartiklarna. När nanopartiklarna bryts ner, anti-PD-1-antikropparna släpps ut i tumören.

"Denna teknik skapar en stadig, ihållande frisättning av antikroppar direkt till tumörstället; det är ett effektivt tillvägagångssätt med förbättrad retention av anti-PD-1-antikroppar i tumörmikromiljön, "säger Zhen Gu, en biträdande professor i biomedicinsk teknik och senior författare till tidningen.

Forskarna testade tekniken mot melanom i en musmodell. Micronedle-lappen laddad med anti-PD-1-nanopartiklar jämfördes med behandling genom att injicera anti-PD-1-antikroppar direkt i blodomloppet och med att injicera anti-PD-1-nanopartiklar direkt i tumören.

"Efter 40 dagar, 40 procent av mössen som behandlades med mikronålspatchen överlevde och hade inget detekterbart kvarvarande melanom - jämfört med en nollprocentig överlevnad för kontrollgrupperna, "säger Yanqi Ye, en doktorsexamen student i Gu's lab och medledande författare till uppsatsen.

Forskarna skapade också en läkemedelscocktail, bestående av anti-PD-1-antikroppar och en annan antikropp som kallas anti-CTLA-4-som också hjälper T-celler att attackera cancercellerna.

"Med hjälp av en kombination av anti-PD-1 och anti-CTLA-4 i mikronålspatchen, 70 procent av mössen överlevde och hade inget detekterbart melanom efter 40 dagar, "Säger Wang.

"På grund av det långvariga och lokaliserade släppsättet, förmedlas av mikronålar, vi kan uppnå önskvärda terapeutiska effekter med en relativt låg dos, vilket minskar risken för autoimmuna störningar, "Säger Gu.

"Vi är glada över den här tekniken, och söker finansiering för att driva ytterligare studier och potentiell klinisk översättning, "Gu tillägger.