Nowy nanomateriał zabija komórki rakowe poprzez stres oksydacyjny – to wniosek z badań zespołu naukowców, które otwierają nowy rozdział w rozwoju terapii chemodynamicznej (CDT). Opracowany nanoagent selektywnie niszczy komórki nowotworowe, nie uszkadzając zdrowych tkanek, a w modelach przedklinicznych doprowadził do całkowitej regresji guza bez działań niepożądanych.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Czym jest nowa terapia chemodynamiczna (CDT) i dlaczego uznawana jest za obiecujący kierunek w leczeniu nowotworów.
- Jak działa innowacyjny nanomateriał na bazie żelaza, który jednocześnie uruchamia dwa mechanizmy stresu oksydacyjnego w komórkach rakowych.
- Jakie wyniki przyniosły badania przedkliniczne, w tym skuteczność wobec guzów nowotworowych i bezpieczeństwo dla zdrowych tkanek.
- Jakie są dalsze perspektywy kliniczne i plany testowania technologii w innych typach nowotworów złośliwych.
Przełom w terapii chemodynamicznej nowotworów
Zespół badaczy z Oregon State University opracował innowacyjny nanomateriał, który wykorzystuje unikalne właściwości mikrośrodowiska nowotworu do jego selektywnego niszczenia. Badanie, prowadzone przez Oleha i Olenę Taratulę oraz Chao Wanga, koncentruje się na udoskonaleniu terapii chemodynamicznej – podejścia terapeutycznego opartego na indukowaniu stresu oksydacyjnego bez użycia klasycznych cytostatyków.
W przeciwieństwie do zdrowych tkanek, guzy nowotworowe charakteryzują się wyższą kwasowością oraz podwyższonym stężeniem nadtlenku wodoru, co tworzy dogodne warunki do generowania reaktywnych form tlenu (ROS). To właśnie te różnice biochemiczne stanowią fundament nowego podejścia terapeutycznego.
Jak działa nowy nanoagent CDT?
Kluczowym elementem opracowanej technologii jest metaloorganiczny szkielet molekularny (MOF) na bazie żelaza, który pełni funkcję wysoce aktywnego katalizatora reakcji chemicznych zachodzących w komórkach nowotworowych. Nanoagent został zaprojektowany tak, aby jednocześnie inicjować dwa różne mechanizmy generowania reaktywnych form tlenu:
- produkcję rodników hydroksylowych,
- generowanie tlenu singletowego.
Dotychczasowe terapie CDT zazwyczaj aktywowały tylko jeden z tych mechanizmów, co ograniczało ich skuteczność kliniczną. Jak podkreśla Oleh Taratula:
Jednak dostępne obecnie środki CDT są ograniczone. Efektywnie generują albo rodniki hydroksylowe, albo tlen singletowy, ale nie oba jednocześnie, i często brakuje im wystarczającej aktywności katalitycznej, aby utrzymać wysoką produkcję reaktywnych form tlenu. W rezultacie badania przedkliniczne często wykazują jedynie częściową regresję guza, a nie trwałe korzyści terapeutyczne.
Nowy MOF rozwiązuje ten problem, zapewniając wysoką i stabilną aktywność katalityczną, co przekłada się na znacznie silniejszy efekt cytotoksyczny wobec komórek nowotworowych.
Skuteczność i selektywność wobec komórek nowotworowych
Badania laboratoryjne wykazały, że opracowany nanomateriał charakteryzuje się silną toksycznością wobec wielu linii komórek nowotworowych, przy jednocześnie znikomym wpływie na komórki nienowotworowe. Kluczowym testem były jednak eksperymenty in vivo. Po podaniu systemowym myszom z wszczepionymi ludzkimi komórkami raka piersi, nanoagent:
- skutecznie akumulował się w tkance guza,
- intensywnie generował reaktywne formy tlenu,
- doprowadził do całkowitej eliminacji nowotworu,
- nie wywołał toksyczności systemowej.
Jak podsumowała Olena Taratula:
Kiedy systemowo podaliśmy nasz nanoagent myszom z ludzkimi komórkami raka piersi, skutecznie akumulował się on w guzach, intensywnie generował reaktywne formy tlenu i całkowicie wyeliminował nowotwór bez skutków ubocznych. Zaobserwowaliśmy całkowitą regresję guza i długoterminową prewencję nawrotów, a wszystko to bez toksyczności systemowej.
Potencjalne znaczenie kliniczne odkrycia
Odkrycie to stanowi istotny krok w kierunku bardziej precyzyjnych i mniej obciążających terapii onkologicznych. Zamiast niszczyć szybko dzielące się komórki w sposób nieselektywny, nowa strategia wykorzystuje biochemię guza przeciwko niemu samemu. Może to oznaczać:
- mniejsze ryzyko działań niepożądanych,
- lepszą tolerancję terapii,
- skuteczniejsze zapobieganie nawrotom choroby.
Co istotne, zespół badawczy planuje rozszerzyć badania na inne typy nowotworów, w tym agresywnego raka trzustki, aby potwierdzić szerokie zastosowanie opracowanego nanoagenta.
Finansowanie i dalsze kierunki badań
Projekt był realizowany przy wsparciu National Cancer Institute oraz Narodowego Instytutu Zdrowia Dziecka i Rozwoju Człowieka im. Eunice Kennedy Shriver. W kolejnych etapach badań naukowcy zamierzają ocenić bezpieczeństwo i skuteczność terapii w innych modelach nowotworów, co będzie niezbędnym krokiem przed ewentualnymi badaniami klinicznymi z udziałem ludzi.
Główne wnioski
- Nowy nanoagent CDT jednocześnie generuje rodniki hydroksylowe i tlen singletowy, co znacząco zwiększa intensywność stresu oksydacyjnego w komórkach nowotworowych.
- Nanomateriał wykazuje wysoką selektywność działania – jest silnie toksyczny dla komórek rakowych, przy minimalnym wpływie na komórki zdrowe.
- W modelach zwierzęcych zaobserwowano całkowitą regresję guza oraz długotrwałą prewencję nawrotów bez oznak toksyczności systemowej.
- Technologia ma potencjał szerokiego zastosowania onkologicznego i będzie dalej badana m.in. w agresywnych nowotworach, takich jak rak trzustki.
Źródło:
- Oregon State University
- https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202529194
