Stanford-forskare upptäckte av misstag att järnnanopartiklar som uppfunnits för anemibehandling har en annan användning:utlösa immunsystemets förmåga att förstöra tumörceller.

Järnnanopartiklar kan aktivera immunförsvaret för att attackera cancerceller, enligt en studie ledd av forskare vid Stanford University School of Medicine.

Nanopartiklarna, som är kommersiellt tillgängliga som det injicerbara järntillskottet ferumoxytol, är godkända av Food and Drug Administration för att behandla järnbristanemi.

Musstudien fann att ferumoxytol får immunceller som kallas tumörassocierade makrofager att förstöra cancerceller, vilket tyder på att nanopartiklarna skulle kunna komplettera befintliga cancerbehandlingar. Upptäckten, beskrivs i en tidning publicerad online 26 september in Naturens nanoteknik , gjordes av en slump när man testade om nanopartiklarna kunde fungera som trojanska hästar genom att smyga in kemoterapi i tumörer hos möss.

"Det var verkligen förvånande för oss att nanopartiklarna aktiverade makrofager så att de började attackera cancerceller i möss, sa Heike Daldrup-Link, MD, som är studiens seniorförfattare och docent i radiologi vid Medicinska institutionen. "Vi tror att det här konceptet bör hålla i mänskliga patienter, för."

Daldrup-Links team genomförde ett experiment som använde tre grupper av möss:en experimentell grupp som fick nanopartiklar laddade med kemo, en kontrollgrupp som fick nanopartiklar utan cellgifter och en kontrollgrupp som inte fick någondera. Forskarna gjorde den oväntade observationen att tillväxten av tumörer hos kontrolldjur som endast fick nanopartiklar undertrycktes jämfört med de andra kontrollerna.

Få makrofager tillbaka på rätt spår

Forskarna genomförde en serie uppföljande tester för att karakterisera vad som hände. Experimentera med celler i en skål, de visade att immunceller som kallas tumörassocierade makrofager krävdes för nanopartiklarnas anti-canceraktivitet; i cellkulturer utan makrofager, järnnanopartiklarna hade ingen effekt mot cancerceller.

Innan denna studie gjordes, det var redan känt att hos friska människor, tumörassocierade makrofager upptäcker och äter individuella tumörceller. Dock, stora tumörer kan kapa tumörassocierade makrofager, får dem att sluta attackera och istället börja utsöndra faktorer som främjar cancerns tillväxt.

Studien visade att järnnanopartiklarna växlar makrofagerna tillbaka till deras cancerattackerande tillstånd, vilket framgår av att spåra produkterna från makrofagernas metabolism och undersöka deras genuttrycksmönster.

Vidare, i en mössmodell av bröstcancer, forskarna visade att ferumoxytol hämmade tumörtillväxt när det gavs i doser, justerad för kroppsvikt, liknande de som godkänts av FDA för anemibehandling. Tidigare studier har visat att nanopartiklarna metaboliseras under en period av cirka sex veckor, och den nya studien visade att anticancereffekten av en enstaka dos av nanopartiklar minskade under cirka tre veckor.

Forskarna testade också om nanopartiklarna kunde stoppa cancer från att spridas. I en musmodell av småcellig lungcancer, nanopartiklarna minskade tumörbildningen i levern, ett vanligt ställe för metastaser hos både möss och människor. I en separat modell av levermetastaser, förbehandling med nanopartiklar innan tumörceller introducerades minskade kraftigt volymen av levertumörer.

Potentiella kliniska tillämpningar

Studiens resultat tyder på flera möjliga tillämpningar för att testa i mänskliga försök, sa Daldrup-Link. Till exempel, efter operation för att avlägsna en potentiellt metastaserande tumör, patienter behöver ofta kemoterapi men måste vänta tills de återhämtar sig från operationen för att tolerera de allvarliga biverkningarna av konventionell kemoterapi. Järnnanopartiklarna saknar de giftiga biverkningarna av kemoterapi, vilket tyder på att de kan ges till patienter under den kirurgiska återhämtningsperioden.

"Vi tror att detta kan överbrygga den tid då patienten är ganska sjuk efter operationen, och hjälpa till att förhindra att cancern sprider sig tills de kan få kemoterapi, sa Daldrup-Link.

Nanopartiklarna kan också hjälpa cancerpatienter vars tumörer inte kan avlägsnas helt. "Om det finns några tumörceller kvar efter operationen, situationen som cancerkirurger kallar positiva marginaler, vi tror att det kan fungera att injicera järnnanopartiklar där, och de mindre tumörfröna skulle potentiellt kunna tas om hand av vårt immunsystem, sa Daldrup-Link.

Det faktum att nanopartiklarna redan är FDA-godkända påskyndar möjligheten att testa dessa applikationer på människor, tillade hon.

De nya rönen kommer också att hjälpa cancerforskare att göra mer exakta utvärderingar av kombinationer av nanopartiklar och läkemedel, sa Daldrup-Link. "I många studier, forskare betraktar bara nanopartiklar som drogfordon, " sa hon. "Men de kan ha dolda inneboende effekter som vi inte kommer att uppskatta om vi inte tittar på själva nanopartiklarna."