Genom att kombinera en FDA-godkänd cancerimmunterapi med en framväxande tumörrostning nanoteknologi, Forskare vid Duke University förbättrade effektiviteten av båda terapierna i en proof-of-concept-studie med möss.

Den potenta kombinationen attackerade också satellittumörer och avlägsna cancerceller, helt bota två möss och effektivt vaccinera en mot sjukdomen. Resultaten dök upp online i Vetenskapliga rapporter den 17 augusti.

"Den idealiska cancerbehandlingen är icke-invasiv, säker och använder flera metoder, sa Tuan Vo-Dinh, R. Eugene och Susie E. Goodson professor i biomedicinsk teknik, professor i kemi, och chef för Fitzpatrick Institute for Photonics vid Duke University. "Vi strävar också efter att aktivera patientens eget immunsystem för att utrota kvarvarande metastaserande tumörer. Om vi ​​kan skapa en långsiktig anticancerimmunitet, då skulle vi verkligen ha ett botemedel."

Det nya tillvägagångssättet bygger på en "fototermisk immunterapi"-teknologi som utvecklats av en tvärvetenskaplig grupp av Duke-forskare som använder lasrar och guldnanostjärnor för att värma upp och förstöra tumörer i kombination med ett immunterapeutiskt läkemedel.

Denna fototermiska terapi beror på det allmänt påvisade faktum att nanopartiklar ackumuleras företrädesvis i en tumör på grund av dess läckande kärl.

Medan flera forskare runt om i världen bedriver sådan teknik med nanopartiklar, Vo-Dinh har banat väg för utvecklingen av en unik typ av nanopartiklar som kallas guldnanostjärnor, som har fördelen med geometri. Eftersom guld nanostjärnor har flera vassa spikar, de kan fånga laserns energi mer effektivt. Detta gör att de kan arbeta med mindre exponering, gör dem mer effektiva djupare in i en vävnad.

"Nanostjärnspikarna fungerar som blixtar, koncentrera den elektromagnetiska energin vid deras spetsar, ", sa Vo-Dinh. "Vi har experimenterat med dessa guld nanostjärnor för att behandla tumörer tidigare, men vi ville veta om vi också kunde behandla tumörer som vi inte ens visste fanns eller tumörer som har spridit sig i hela kroppen."

Att attackera avlägsna cancerceller utanför behandlingsplatsen, Vo-Dinh slog sig ihop med kollegorna Brant Inman och Greg Palmer på avdelningarna för kirurgi och strålningsonkologi vid Duke University Medical Center, och Paolo Maccarini från Duke Biomedical Engineering. De kombinerade denna guldnanostjärnterapi med en cancerimmunterapi som nyligen godkänts av FDA och i klinisk användning.

I vanliga fall, kroppens immunförsvar skyddar mot tillväxten av cancerceller. Många tumörer, dock, överproducerar en molekyl som heter PD-L1, som effektivt inaktiverar T-celler, immunförsvarets huvudsoldater.

Flera läkemedel utvecklas för att försöka blockera verkan av PD-L1, tillåta immunsystemet att förstöra cancercellerna. Inman har varit aktiv i den tidiga utvecklingen och nuvarande kliniska användningen av dessa läkemedel – som användes i denna studie – för att behandla cancer i urinblåsan.

I experimentet, Duke-forskarna injicerade blåscancerceller i båda bakbenen på en grupp möss. Efter att ha väntat på att tumörerna ska växa, forskarna började prova olika typer av behandlingar – men bara på ett av benen.

De som inte fick några behandlingar dukade snabbt under för cancern, liksom de som bara fick guld nanostar fototerapi, eftersom behandlingen inte påverkade tumören i det obehandlade benet. Medan några möss svarade bra på enbart immunterapin, med läkemedlet som stoppar båda tumörerna, ingen överlevde mer än 49 dagar.

Gruppen som behandlades med både immunterapi och guld nanostar fototerapi klarade sig mycket bättre, med två av de fem mössen som överlevde mer än 55 dagar.

"När en tumör dör, det frigör partiklar som sätter igång immunsystemet att attackera resterna, " sade Vo-Dinh. "Genom att förstöra den primära tumören, vi aktiverade immunförsvaret mot de återstående cancercellerna, och immunterapin hindrade dem från att gömma sig."

Den kombinerade behandlingen fungerade så bra att lite av en överraskning, en mus är fortfarande vid liv nästan ett år ut med noll återfall av cancern. Även en månad senare, när forskarna injicerade fler cancerceller, musens immunförsvar attackerade och förstörde dem utan problem, vilket tydde på en vaccineffekt hos den botade musen.

"Detta är vårt mål - vår dröm, sa Vo-Dinh.

Medan forskare genomförde detta proof-of-concept-experiment med ett litet antal möss, resultaten är uppmuntrande. Duke-forskarna planerar nu att följa upp med större kohorter och att arbeta med andra kliniska forskare för att testa behandlingen på musmodeller av hjärnan, bröst- och lungcancer.