Перемещение иглы в мониторинге рака кожи — –

Пациенты с меланомой, наиболее опасной формой рака кожи, при которой пигмент-продуцирующие клетки начинают бесконтрольно расти, могут получить пользу от существующих иммунотерапевтических средств, но далеко не все из них. Более 50% пациентов не реагируют на современные иммунотерапевтические препараты, а среди тех, кто первоначально отвечает, многие становятся устойчивыми к действию препаратов. Таким образом, помимо разработки более эффективных иммунотерапевтических средств, врачи должны иметь возможность определять, какие пациенты хорошо реагируют в начале лечения, а какие сохраняют или перестают реагировать, чтобы принимать наилучшие решения в отношении лечения.

Поскольку раковые поражения кожи у пациентов с меланомой легко доступны, эффективным способом их искоренения может быть местное применение иммунотерапии вместо системного введения их в кровоток. Кроме того, наблюдение за реакцией иммунной системы на терапию непосредственно в месте опухоли путем точного и непрерывного измерения различных биомаркеров, которые сигнализируют о предполагаемой активации иммунных клеток и желаемом воспалительном ответе, может обеспечить лучший и более персонализированный уход за пациентами.

Теперь исследовательская группа из Института Висса в Гарвардском университете, Массачусетского технологического института и Бригама и Женской больницы в Бостоне разработала новый подход, который объединяет минимально инвазивную, безболезненную платформу микроигл, способную поглощать окружающую клетку жидкость, содержащую биомаркеры, из более глубоких слоев. слоев кожи с помощью сверхчувствительного метода обнаружения отдельных молекул (Simoa), который обнаруживает часто редкие, но важные биомаркеры с более высокой чувствительностью, чем обычные методы. Исследователи предоставили доказательство концепции своего подхода на модели мышиной меланомы, в которой они лечили раковые поражения с помощью новой терапии. Терапия действует локально на опухолевые очаги, сочетая неинвазивный сфокусированный ультразвук (FUS), который генерирует тепло в месте опухоли для мгновенного уничтожения опухолевых клеток, с доставкой ранее разработанного связанного с наночастицами активатора белка, вызывающего воспаление. известный как стимулятор генов интерферона (STING). О результатах сообщается в Передовые функциональные материалы.

«Быстрое считывание ответов на терапию меланомы с помощью микроигл может обеспечить эффективный скрининг лекарств и стратификацию пациентов для максимизации терапевтических преимуществ», — сказала научный сотрудник Wyss Натали Арци, доктор философии, которая руководила исследованием. Арци также является адъюнкт-профессором медицины Гарвардской медицинской школы (HMS) и главным научным сотрудником Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института.

Иммунотерапия местная

Арци и ее группа впервые разработали местную иммунотерапию меланомы, в которой использовались некоторые из их ранее новаторских методов и опыта. В недавней публикации, основанной на известном факте, что активация белка STING, вызывающего воспаление, способствует уничтожению опухолевых клеток, они сообщили о значительно более эффективном способе активации белка в иммунных клетках. Естественные активаторы (агонисты) STING недостаточно стабильны в организме и должны вводиться в больших дозах, что также может вызывать побочные эффекты. Решение группы состояло в том, чтобы доставить несколько копий синтетического агониста STING, называемого синтетическим циклическим динуклеотидом (CDN). с помощью наночастицы (НЧ), которые легко проходят через плазматическую мембрану и с помощью сконструированной ферментативной реакции высвобождают свой груз внутрь клеток. Этот терапевтический CDN-NP можно вводить непосредственно в раковые поражения кожи или рядом с ними, чтобы дополнительно увеличить концентрацию лекарства в опухолях.

«Здесь мы решили усилить обработку антигенов из умирающих опухолевых клеток после сфокусированного ультразвука вместе с доставкой STING-агонистов в микроокружение опухоли, чтобы координировать более широкий иммунный ответ», — сказал первый автор Даниэль Дахис, доктор философии. Дахис, научный сотрудник стартапа BioDevek, выполнил свою дипломную работу над исследованием вместе с Арци под совместным руководством соавтора Хаима Ажари, доктора философии, профессора Израильского технологического института Технион и эксперта в области медицинская визуализация.

Группа впервые показала, что обработка сфокусированным ультразвуком (ФУЗ), которая кратковременно и на небольших участках повышает температуру до 60 ° C, потенцирует эффекты обработки CDN-NP в совместных культурах иммунных и раковых клеток в чашке, и при опухолях меланомы у мышей, которых лечили комбинацией. Важно отметить, что через 60 дней после лечения все животные, получавшие только FUS-терапию, умерли, в то время как 75% животных, получавших только CDN-NP, остались живы — комбинированное лечение позволило выжить 100% животных в их группе.

Глубокое проникновение в биомаркеры кожи

Чтобы выяснить, отражаются ли преимущества комбинированной терапии для выживания в уровнях биомаркеров в очаге опухоли, что в будущем может быть переведено в мониторинг ответов у пациентов-людей, получающих иммунотерапию, группа Арци ранее разработала новый тип минимальной терапии. инвазивные микроиглы, которые изготовлены из гиалуроновой кислоты и, в принципе, могут использоваться для одновременной доставки лекарств и обнаружения биомаркеров. Эти устройства проникают в нижние (дермальные) слои кожи, где полимер сталкивается с жидкостью, окружающей клетки кожи, так называемой интерстициальной кожной жидкостью (ISF), и, подобно губке, поглощает ее крошечные количества. «Всего несколько микролитров ИСФ, полученных с помощью микроигл, предоставляют множество информации о биомаркерах, поскольку нормальные клетки кожи, местные иммунные клетки и раковые клетки постоянно выделяют различные сигнальные молекулы и метаболиты», — сказал Дахис. «После того, как микроиглы извлечены, их кончики можно просто растворить, чтобы высвободить захваченные молекулы в пробирку, чтобы мы могли начать анализ биомаркеров».

Тем не менее, в то время как исследователи видели, что FUS явно добавляется к иммунному ответу, вызванному CDN-NP в опухолях, многие интересующие биомаркеры, включая гены, которые включаются активированным белком STING, едва обнаруживались или вообще не обнаруживались с помощью обычных методов. Чтобы преодолеть это узкое место, команда Арци объединила усилия с сотрудником основного факультета Wyss Дэвидом Уолтом, доктором философии, который ранее разработал технологию Simoa, обладающую сверхчувствительными способностями обнаружения биомаркеров. Simoa, по сути, позволяет исследователям захватывать интересующий биомаркерный белок с помощью молекулы специфического антитела, которая связана с магнитной бусиной, намного большей по размеру, чем само антитело. Связанный белок затем «помещается» с помощью второго детекторного антитела в отдельные лунки многолуночного планшета, каждая из которых может вместить только одну магнитную бусину. Детекторное антитело помечено ферментом, который генерирует флуоресцентный сигнал в лунке. Таким образом, Simoa позволяет проводить цифровой подсчет отдельных белков-биомаркеров на уровне одной молекулы, что намного превосходит по чувствительности обычно используемые методы обнаружения.

Соавтор Тал Гилбоа, доктор философии. Команда Уолта разработала четыре теста Simoa для обнаружения молекул, экспрессия которых активируется STING: интерферон-b (IFN-b), MCP-1 и KC, которые привлекают иммунные клетки к опухолям, а также маркер общего воспаления интерлейкин-6. (ИЛ-6). Действительно, это позволило исследователям обнаружить эти биомаркеры в образцах ISF, извлеченных из микроиглы, с повышенной чувствительностью в 100–1000 раз по сравнению с обычно используемыми анализами, а измерения отражали параллельные измерения Симоа тех же биомаркеров в образцах крови. «Было поразительно видеть, что животные с наиболее выраженной провоспалительной реакцией также выживали дольше всех», — сказал Дахис.

«Замечательная технология микроигл, разработанная в лаборатории Artzi, содержащая инженерные наноструктуры, в принципе, обеспечивает как доставку лекарств, так и микросемплирование — совершенно новую концепцию для тераностики, которая обеспечивает идеальное, неинвазивное и комплексное решение для лечения меланомы», — сказал Уолт. кто также является Хансйорг Висс Профессор биологически вдохновленной инженерии в Гарвардской медицинской школе (HMS), профессор патологии в Brigham and Women’s Hospital и профессор Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI). Уолт вместе с соавтором Рушди Ахмадом, доктором философии, возглавляет диагностический ускоритель Wyss, целью которого является сокращение сроков срочно необходимой диагностики в различных областях заболеваний, включая рак.

«Эта работа является прекрасным примером междисциплинарного сотрудничества и конвергенции передовых технологий, к которым мы стремимся в Институте Висса. Это новое достижение может поднять качество иммунотерапии рака на новый уровень путем непосредственной оценки терапевтической эффективности у отдельных пациентов». пациентов», — сказал директор-основатель Wyss Дональд Ингбер, доктор медицины, доктор философии, который также является Джуда Фолкман, профессор сосудистой биологии в Гарвардской медицинской школе и Бостонской детской больнице, а также Хансйорг Висс, профессор биоинженерии в Гарвардской школе инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона.

Другими авторами исследования являются Мишель Дион, Александр Крайер, Пере Доста, Мариана Алонсо, Майкл Левандовски, Нурия Пучмаль, Гонсало Муньос Табоада и Хаим Ажари. Исследование было поддержано Технологическим институтом Техниона, MIT-Israel Zuckerman STEM Fund (под наградой № 2214110), Интегрированным онкологическим центром Техниона, Диагностическим ускорителем Института Висса (DxA) и Бинациональным научным фондом проф. Грант Rahamimoff Travel, а также премия Института науки Вейцмана за развитие женщин.