Blåscancer har en av de högsta förekomsterna i världen och rankas som den fjärde vanligaste tumören hos män. Trots sin relativt låga dödlighet återkommer nästan hälften av blåstumörerna inom 5 år, vilket kräver kontinuerlig patientövervakning. Täta sjukhusbesök och behovet av upprepade behandlingar bidrar till att göra denna typ av cancer till en av de dyraste att bota.
Medan nuvarande behandlingar som involverar direkt läkemedelsadministrering i urinblåsan visar goda överlevnadsgrader, förblir deras terapeutiska effektivitet låg. Ett lovande alternativ innebär användning av nanopartiklar som kan leverera terapeutiska medel direkt till tumören. I synnerhet är nanorobotar – nanopartiklar utrustade med förmågan att självdriva i kroppen – anmärkningsvärda.
Nu, en studie publicerad i tidskriften Nature Nanotechnology avslöjar hur ett forskarlag framgångsrikt minskade storleken på blåstumörer hos möss med 90 % genom en enda dos av urea-drivna nanorobotar.
Dessa små nanomaskiner består av en porös sfär av kiseldioxid. Deras ytor bär olika komponenter med specifika funktioner. Bland dem finns enzymet ureas, ett protein som reagerar med urea som finns i urinen, vilket gör att nanopartikeln kan driva sig själv. En annan viktig komponent är radioaktivt jod, en radioisotop som vanligtvis används för lokaliserad behandling av tumörer.
Forskningen, som leds av Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC) och CIC biomaGUNE i samarbete med Institute for Research in Biomedicine (IRB Barcelona) och Autonomous University of Barcelona (UAB), banar väg för innovativa behandlingar för blåscancer. Dessa framsteg syftar till att minska längden på sjukhusvistelse, vilket innebär lägre kostnader och ökad komfort för patienterna.
"Med en engångsdos observerade vi en minskning av tumörvolymen med 90 %. Detta är betydligt effektivare med tanke på att patienter med denna typ av tumör vanligtvis har 6 till 14 sjukhusbesök med nuvarande behandlingar. En sådan behandlingsmetod skulle öka effektiviteten och minska längden på sjukhusvård och behandlingskostnader", förklarar Samuel Sánchez, ICREA forskningsprofessor vid IBEC och ledare för studien.
Nästa steg, som redan är på gång, är att avgöra om dessa tumörer återkommer efter behandling.
I tidigare forskning har forskarna bekräftat att nanorobotarnas självframdrivningskapacitet tillät dem att nå alla blåsväggar. Denna funktion är fördelaktig jämfört med den nuvarande proceduren där patienten, efter att ha administrerat behandling direkt i urinblåsan, måste byta position varje halvtimme för att säkerställa att läkemedlet når alla väggar.
Denna nya studie går längre genom att visa inte bara rörligheten av nanopartiklar i urinblåsan utan också deras specifika ackumulering i tumören. Denna prestation möjliggjordes av olika tekniker, inklusive medicinsk positronemissionstomografi (PET) avbildning av mössen, såväl som mikroskopibilder av de vävnader som tagits bort efter avslutad studie. De senare fångades med hjälp av ett fluorescensmikroskopisystem utvecklat specifikt för detta projekt vid IRB Barcelona. Systemet skannar de olika skikten i urinblåsan och ger en 3D-rekonstruktion, vilket möjliggör observation av hela organet.
"Det innovativa optiska systemet som vi har utvecklat gjorde det möjligt för oss att eliminera ljuset som reflekteras av själva tumören, vilket gör det möjligt för oss att identifiera och lokalisera nanopartiklar i hela organet utan föregående märkning, med en oöverträffad upplösning. Vi observerade att nanorobotarna inte bara nådde tumören men gick också in i det, och förstärkte därigenom verkan av radiofarmaka", förklarar Julien Colombelli, ledare för Advanced Digital Microscopy-plattformen vid IRB Barcelona.
Att dechiffrera varför nanorobotar kan komma in i tumören var en utmaning. Nanorobotar saknar specifika antikroppar för att känna igen tumören, och tumörvävnad är vanligtvis styvare än frisk vävnad.
"Men vi observerade att dessa nanorobotar kan bryta ner den extracellulära matrisen av tumören genom att lokalt öka pH genom en självgående kemisk reaktion. Detta fenomen gynnade större tumörpenetration och var fördelaktigt för att uppnå preferentiell ackumulering i tumören", förklarar Meritxell Serra Casablancas, medförfattare till studien och IBEC-forskare.
Således drog forskarna slutsatsen att nanorobotarna kolliderar med urotelet som om det vore en vägg, men i tumören, som är svampigare, penetrerar de tumören och ackumuleras inuti. En nyckelfaktor är nanobotarnas rörlighet, vilket ökar sannolikheten att nå tumören.
Dessutom, enligt Jordi Llop, en forskare vid CIC biomaGUNE och medledare för studien, "den lokala administreringen av nanorobotarna som bär radioisotopen minskar sannolikheten för att generera negativa effekter, och den höga ackumuleringen i tumörvävnaden gynnar det radioterapeutiska medlet. effekt."
"Resultaten av denna studie öppnar dörren för användningen av andra radioisotoper med större kapacitet att inducera terapeutiska effekter men vars användning är begränsad när de administreras systemiskt", tillägger Cristina Simó, medförfattare till studien.
År av arbete och en spin-off
Studien konsoliderar resultaten av över tre års samverkan mellan olika institutioner. En del av data härrör från doktorsavhandlingarna av Meritxell Serra och Ana Hortelao, båda forskare i IBEC:s Smart nano-bio-devices-grupp, ledd av Sánchez.
Den inkluderar också avhandlingen av Cristina Simó, medförfattare till studien, som genomförde sin predoktorala forskning i Radiochemistry and Nuclear Imaging Lab under ledning av Jordi Llop vid CIC biomaGUNE. Expertisen hos Esther Juliáns grupp vid UAB i djurmodellen av sjukdomen är ett ytterligare bidrag.
Tekniken som ligger till grund för dessa nanorobotar, som Samuel Sánchez och hans team har utvecklat i över sju år, har nyligen patenterats och fungerar som grunden för Nanobots Therapeutics, en spin-off av IBEC och ICREA som grundades i januari 2023.
Företaget, grundat av Sánchez, fungerar som en bro mellan forskning och klinisk tillämpning. "Att säkra robust finansiering för spin-off är avgörande för att fortsätta att utveckla den här tekniken och, om allt går väl, föra den ut på marknaden och samhället. I juni, bara fem månader efter skapandet av Nanobots Tx, avslutade vi framgångsrikt den första omgången av finansiering, och vi är entusiastiska över framtiden", säger Sanchez.
Teknologisk innovation inom mikroskopi för att lokalisera nanorobotar
Att arbeta med nanorobotar har inneburit en betydande vetenskaplig utmaning i bioavbildningstekniker för att visualisera dessa element i vävnader och själva tumören. Vanliga icke-invasiva kliniska tekniker, såsom PET, saknar den nödvändiga upplösningen för att lokalisera dessa mycket små partiklar på mikroskopisk nivå.
Därför använde Scientific Microscopy Platform vid IRB Barcelona en mikroskopiteknik med användning av ett ark laserljus för att belysa prover, vilket möjliggjorde förvärvet av 3D-bilder genom ljusspridning vid interaktion med vävnader och partiklar.
Efter att ha observerat att tumören själv spred en del av ljuset och genererade störningar, utvecklade forskarna en ny teknik baserad på polariserat ljus som tar bort all spridning från tumörvävnaden och cellerna. Den här innovationen möjliggör visualisering och placering av nanorobotar utan att behöva tagga i förväg med molekylära tekniker.
Mer information: Samuel Sánchez et al, Radionuklidterapi med ackumulerade ureasdrivna nanobotar minskar storleken på blåstumören i en ortotopisk murin modell, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01577-y
Journalinformation: Nanoteknik
Tillhandahålls av Institute for Bioengineering of Catalonia
