Lungcancer är en av de vanligaste cancerformerna och har en av de lägsta överlevnaden i världen. Cytokiner, som är små signalproteiner, såsom interleukin-12 (IL-12), har visat betydande potential som robusta tumörsuppressorer. Deras tillämpningar är dock begränsade på grund av en mängd allvarliga biverkningar.
I en artikel publicerad i Nature Nanotechnology , Biomedical Engineering Professor Ke Cheng och hans forskargrupp visade att användning av nanobubblor, kallade exosomer, genom en inhalationsbehandlingsmetod kan direkt leverera IL-12 budbärar-RNA (mRNA) till lungorna. mRNA är ritningarna för att producera specifika proteiner som deltar i en mängd olika cellulära funktioner.
Medan forskare tidigare har använt liposomer (små fettbaserade partiklar) eller lipidnanopartiklar (LNP) för att leverera mRNA, har denna metod flera problem, inklusive en brist på vävnadsmätning, där partiklarna inte går till målorganen, och oro över den potentiella toxiciteten efter långvarig exponering. Under de senaste 15 åren har Chengs grupp utvecklat exosomer för användning som överlägsna läkemedelsleveransbärare över liposomer och LNP:er vid specifika indikationer.
Hittills har läkare endast kunnat använda IL-12 för att behandla cancer genom att injicera det direkt i tumören eller i blodomloppet. Chengs labb fann att att låta patienten – i det här fallet möss – andas in IL-12-mRNA i exosomer inte bara kunde leverera lokalt koncentrerad IL-12 till lungorna utan också kunde bättre bekämpa cancern med minimala biverkningar.
Inhalationsmetoden är effektivare för att bygga högre koncentrationer av IL-12 precis där det behövs än andra sätt att leverera mRNA som att använda liposomer.
"Exosomer injiceras vanligtvis systemiskt i blodomloppet", säger Cheng. "I den här nya studien visar vi att inhalerade exosomer effektivt kan nå lungan och leverera en antilungcancerlast, IL-12 mRNA. Detta är ett stort steg framåt för att främja utvecklingen av nya inhalerbara läkemedel för att behandla lungcancer, vilket har en av de lägsta femårsöverlevnaden i världen."
Att andas in nanobubblorna med IL-12-ritningen kan kickstarta lungimmuncellerna och förvandla dem till kraftfulla försvarare utrustade för att frigöra ämnen som direkt riktar sig mot och förstör tumörceller. Dessutom hjälper IL-12 att träna dessa immunceller att "komma ihåg" de unika egenskaperna hos tumörceller. Som ett resultat, om tumören försöker attackera igen, är dessa välinformerade immunceller redo att känna igen och eliminera tumören snabbt.
Dessutom kan dessa överladdade immunceller sprida sin nyvunna kunskap till andra otränade immunceller i hela kroppen, vilket skapar en armé av försvarare. Detta innebär att även om tumörceller försöker sprida sig utanför sin ursprungliga plats, som lungorna, kan dessa förberedda immunceller upptäcka och utplåna dem, och erbjuda ett kroppsomfattande försvarssystem mot cancer.
Mössen som inhalerade denna terapi visade lungtumörsuppression såväl som ökad motståndskraft mot tumörutmaning.
Denna strategi framstår som ett potent IL-12 mRNA-leveranssystem till lungmikromiljön, säger forskarna, och kombinerar enkelhet med effekt mot primära tumörer och metastaser. Jämfört med andra nanopartikelkontroller ökar exosomer IL-12-expression med mildrad toxicitet. Och patienter kommer sannolikt att vara mycket nöjdare med att bara andas in det terapeutiska medlet snarare än att få intratumorala injektioner.
Chengs grupp arbetar nu med Columbia University Irving Medical Centers onkologer för att översätta deras resultat till kliniken för att gynna lungcancerpatienter.
Mer information: Mengrui Liu et al, Inhalerbar extracellulär vesikeltillförsel av IL-12 mRNA för att behandla lungcancer och främja systemisk immunitet, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01580-3
Tillhandahålls av Columbia University School of Engineering and Applied Science
