Lymfkörtlar är kanariefågeln i kolgruvan i vårt immunsystem – skjuter i växel vid första tecken på sjukdom och skickar sedan immunceller dit de behövs i kroppen för att bekämpa infektioner och sjukdomar.
För de nästan 20 miljoner patienter runt om i världen som diagnostiseras med cancer varje år är lymfkörtlarna en ovärderlig tidig indikator på om deras cancer har spridit sig – när cancerceller börjar spridas till ett annat organ. Att fånga metastaser så tidigt som möjligt innebär att patienten kan ges nödvändig kemoterapi och immunterapier som avsevärt kommer att förbättra deras prognos.
Forskare vid USC:s Alfred E. Mann Department of Biomedical Engineering har utvecklat en ny nanopartikel som kan "haka" på immunceller, eller monocyter. På grund av sin lilla storlek kan partikeln märka direkt in i lymfkörtlar och hjälpa metastaser att dyka upp på MRI där det annars skulle vara för svårt att upptäcka. Resultaten kan leda till mer avancerade kontrastmedel som kan injiceras i patienter för att förbättra MRT-cancerscreening av lymfkörtlarna.
Verket har publicerats i ACS Nano och leddes av Dr. Karl Jacob Jr. och Karl Jacob III ordförande för tidig karriär Eun Ji Chung, och Noah Trac, en Ph.D. student i Chung Lab.
Även om lymfkörtlar är en viktig faktor vid upptäckt av cancer, är screening av dem via biopsi smärtsamt och invasivt och kan leda till oönskade biverkningar som infektion, lymfödem och trombos. Avbildningsverktyg som MRT-detektion är icke-invasiva. Ändå har de också betydande brister när det kommer till screening av lymfkörtlar,
"MRI kommer att titta på lymfkörtelns storlek, men det har inte en stor koppling och korrelation till det faktum att det är metastaserande," sade Chung. "Även om du är förkyld kommer dina lymfkörtlar att börja inflammera."
"Det stora problemet med nuvarande MRI-tekniker är inte att de inte upptäcker immuncellerna," sa Trac. "En stor fråga med nuvarande kontrastmedel är att det inte finns någon cancerinriktningsmekanism, så de flesta lymfkörtlar är lika upplysta, oavsett om det finns cancer eller inte."
För att möta denna utmaning utvecklade Chung, Trac och deras medförfattare en nanopartikel som riktar sig mot en receptor som finns på både tumörceller och immuncellmonocyter – celler som reser till lymfkörtlarna och är allt vanligare under sjukdomstillstånd.
"Idén bakom denna nanopartikel är att försöka styra leveransen av gadoliniumkontrastmedlet till lymfkörtlar som har cancer, så att de visar sig ljusare på MRI än friska lymfkörtlar," sa Trac.
Det diagnostiska verktyget skulle också erbjuda ett starkt kliniskt värde för läkare att inte bara fånga förstagångsmetastaser under en initial cancerdiagnos, utan det kommer också att göra det möjligt för läkare att hålla reda på canceråterfall.
"Säg bara att en primär tumör har tagits bort, men kanske fick de inte allt, eller så kommer cancern tillbaka och den är metastaserad för andra gången. Återkommande metastaser är mycket svårare att upptäcka och kan leda till sämre resultat för patienten ", sa Chung.
Nanopartiklarna fungerar genom att rikta in sig på ett protein som uttrycks av cancerceller, känt som C-C kemokinreceptor 2 (CCR2). Partiklarna "liftar" på immuncellmonocyterna som kroppen producerar som också uttrycker samma receptor som svar på cancern. Monocyterna ger sedan partiklarna en fri resa in i lymfkörtlarna, där partiklarna effektivt kan framhäva de metastaserande cancercellerna och möjliggöra tydligare upptäckt via MRT.
"Anledningen till att den här mekanismen fungerar, förutom målelementen, är för att vår partikelstorlek också är mycket unik och den kan nå lymfkörtlarna," sa Chung. "Vi fann att det finns en storleksgräns och vår partikeltyp kan passera in i lymfkörtlarna och målcancerceller som har kommit dit, tillsammans med monocyterna som uttrycker denna receptor."
Processen erbjuder spelskiftande fördelar för tidig upptäckt av cancermetastaser i lymfkörtlarna. Medan tidigare kunde metastaser endast bedömas genom en ökning av lymfkörtelstorleken; de nya Chung Lab-partiklarna kan leda till MRI-kontrastmedel som kan framhäva metastaserande celler i lymfkörtlar som annars kan se normala ut. I experiment med en musmodell visade teamet att partiklarna ökade signalen som detekterades med MRT med upp till 50 %.
"Partiklarna förstärker signalen, och vi kan se att på punkter där lymfkörtlarna ännu inte har ändrats i storlek, och metastasen är mycket tidig. Vi tillhandahåller denna fördel där du kliniskt inte skulle kunna att se metastaser överhuvudtaget," sa Chung.
Nästa steg för forskargruppen är att få sitt arbete närmare kliniska tillämpningar för MRT-kontrastmedel. Arbetet har lämnats in till Nanopartikel Characterization Laboratory vid National Institutes of Health, där en tredje part kommer att bedöma och validera arbetet för att göra det möjligt att närma sig mänskliga försök.
Mer information: Noah Trac et al, MRI-detektion av lymfkörtelmetastaser genom molekylär inriktning av C–C kemokinreceptor typ 2 och Monocyte Liftning, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c09201
Tillhandahålls av University of Southern California
