Figur 1:Nanopartiklar som injiceras direkt i cancermassan fördelas över hela tumören och går in i cancercellerna och skadar deras DNA utan att påverka andra organ negativt. Kredit:Hiroki Kato et al.
Forskare från institutionen för nuklearmedicin och spårämneskinetik vid Osaka University utvecklade ett nytt system för riktad cancerstrålbehandling som använder guldnanopartiklar märkta med astatin-211. På grund av strålningens begränsade räckvidd och halveringstid, tillsammans med lokaliseringen av nanopartiklarna, är risken för friska celler betydligt mindre att skadas. Detta arbete kan leda till effektiva cancerbehandlingar utan biverkningar av nuvarande tekniker.
Brachyterapi är en metod för att behandla cancer med hjälp av en förseglad radioaktiv källa som kallas ett "frö" implanterat direkt inuti patientens kropp. Det har visat sig vara effektivt för bland annat vissa tumörer i prostata, huvud, nacke och hjärna. Men precis som andra former av strålbehandling kan brachyterapi också orsaka allvarliga biverkningar, såsom kräkningar eller huvudvärk. Mer sofistikerade metoder för att rikta strålning behövs för att maximera behandlingens effektivitet samtidigt som friska celler skonas.
Nu har ett team av forskare under ledning av Osaka University använt nanopartiklar av guld som innehåller en radioaktiv isotop för att säkerställa att strålningen endast var lokaliserad till cancerceller. Astatine-211 är en instabil isotop av grundämnet astatin som innehåller en extra neutron. Detta gör att den genomgår radioaktivt sönderfall samtidigt som den avger alfapartiklar. På grund av sin stora storlek kan snabbt rörliga alfapartiklar orsaka dödliga dubbelsträngsbrott i cancercellernas DNA samtidigt som de förblir nära strålkällan. Dessutom, eftersom halveringstiden för astatin-211 är så kort, cirka 7 timmar, kommer den att bli inaktiv långt innan nanopartiklarna kan läcka in i friska vävnader. Detta gör att stora terapeutiska doser kan administreras utan att orsaka allvarliga biverkningar. "Vi har utvecklat en ny säker och kraftfull cancerbehandling med guldnanopartiklar med astatin-211, som sänder ut alfastrålar som starkt skadar mål-DNA men som har en mycket kort räckvidd inuti kroppen", förklarar förstaförfattaren Hiroki Kato.
Figur 2:Guldnanopartiklar (röda) blir internaliserade av celler och ackumuleras runt kärnan (blå). Kredit:Hiroki Kato et al.
Med hjälp av rått- eller musmodeller injicerades nanopartiklarna direkt i tumörer. Teamet fann att nanopartiklarna kom in i cancercellerna men inte spred sig till andra organ under en tidsperiod motsvarande sex radioaktiva halveringstider. Samtidigt var nanopartiklarna mycket giftiga för cancercellerna. "Vi har visat att tumörtillväxt kraftigt kan undertryckas genom att injicera detta nanoläkemedel direkt i tumören", säger seniorförfattaren Koichi Fukase. Eftersom guldnanopartiklar lätt kan tillverkas och astatin-211 kan produceras i cyklotroner utan behov av kärnbränsle, kan denna nya terapi göras allmänt tillgänglig på sjukhus.
Figur 3:(A) Vid scintigrafi observeras radioaktivitet endast i tumören (pilen) vid alla tillfällen efter läkemedelsinjektion och ses inte alls i andra regioner. (B) Astatinmärkta guldnanopartiklar undertrycker kraftigt tumörtillväxt. Kredit:Hiroki Kato et al.
