Läkare har använt strålning för att behandla cancer i mer än hundra år, men det har alltid varit en delikat konst att styra behandlingen samtidigt som man undviker frisk vävnad.

Att hjälpa dem, forskare vid University of Chicago har designat en armé av små blomformade metall- och organiska nanopartiklar som ger en en-två-stöt – först förstärker effekterna av strålning på tumörplatsen och sedan kickstartar immunsystemet att söka upp eventuella kvarvarande tumörer.

Forskningen, publicerad 26 mars in Nature Biomedicinsk teknik , ledde till att en kandidatmolekyl för närvarande påbörjar kliniska fas 1-prövningar.

Wenbin Lin, James Franck professor i kemi och strålning och cellulär onkologi vid University of Chicago, har arbetat med en klass av material som kallas metall-organiska ramverk (MOF) i mer än 20 år. Dessa svampiga material heter så eftersom de kombinerar metallnoder med organiska bindemedel. En het artikel i kemi idag, de är under utredning för tillämpningar från solceller till sensorer eftersom de är mycket funktionella och kan byggas med ett antal olika komponenter.

Eftersom de kan vara gjorda av biologiskt nedbrytbara material, Lins labb såg potential för en ny cancerbehandling.

Tanken är att injicera de små ramarna i tumören. "Vid röntgenbestrålning, de producerar mycket reaktiva molekyler som inte färdas långt från injektionsstället – de låser sig och stannar precis där du placerar dem, " sa Lin. Ramarna absorberar strålning bättre än vävnad, levererar en extra dos av strålning till tumören.

Strålningen utlöser en dusch av reaktiva syreföreningar som är giftiga för alla möjliga delar av cellen:"Proteiner, lipider, de tuggar upp vilken biologisk molekyl som helst, " sa Lin. (Detta är viktigt eftersom ju fler delar av en cell en behandling träffar, desto svårare är det för cancerceller att mutera för att undvika det.)

Sedan den andra stansen:MOF-designen kan innehålla en typ av molekyl som kallas en IDO-hämmare. Denna inhibitor, från en klass av cancerbehandlingar som kallas checkpoint blockad immunterapi, motverkar ett vanligt knep som cancerceller använder för att undvika kroppens immunförsvar. När blockaden är inkopplad, T-celler kan rusa in för att attackera. Hos möss, studien fann att detta hjälpte till att döda tumörer som gömde sig någon annanstans i kroppen – inte bara på injektionsstället.

"I teorin, det kan sänka dosen för att bota många cancerformer, vilket är stora framsteg eftersom hur mycket vi kan minska strålningen innebär färre komplikationer, " sa studiens medförfattare Ralph Weichselbaum, Daniel K. Ludwig Distinguished Service Professor och ordförande för Institutionen för strålning och cellulär onkologi, "och vi hoppas också att den potentiella aktiveringen av immunsystemet kan hjälpa oss att behandla tumörer som vi bara inte kan nå idag."

Lins labb har arbetat i flera år för att perfekta designen. "Vi har lärt oss så mycket och gjort några spännande framsteg, "Lin sa. "Utsikten att utveckla en teknik som kan främja immunterapi är extremt givande."

"Det är det fantastiska med universitetet - att mitt onkologilabb kan arbeta tillsammans med fysikaliska forskare för att främja en cancerbehandling som denna, " sa Weichselbaum.

Lin grundade en startup för att föra tekniken till applikation som heter RiMO Therapeutics, med hjälp från Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation. Företaget sponsrar den pågående fas 1-studien.