Радиоактивные вещества борются с раком в ми

Радиоактивность может спасти жизнь. Когда против опухоли не помогают ни химиотерапия, ни хирургия, ни облучение извне, современная медицина использует так называемые радиофармпрепараты. Эти радиоактивные препараты не только выявляют раковые клетки, но и позволяют направленному облучению изнутри разрушать опухоль. Однако, прежде чем такие вещества станут доступными для использования людьми, в настоящее время требуется обширное тестирование на животных во время их разработки. Совместный проект Института технологий материалов и балок Фраунгофера IWS в Дрездене и Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) в настоящее время исследует альтернативный метод. Основой для этого служат искусственные структуры органов и опухоли в формате чипа.

Согласно информации Федерального министерства продовольствия и сельского хозяйства, в 2021 году в исследовательских целях в Германии использовалось в общей сложности 1,86 миллиона позвоночных и головоногих. Хотя это на два процента меньше, чем в предыдущем году, это все же очень много. В немецких лабораториях чаще всего используются мыши, рыбы и крысы. «В настоящее время для решения многих исследовательских задач требуется помощь таких экспериментов на животных», — отмечает доктор Вибке Сихвер из отдела радионуклидной диагностики HZDR. Вот почему поиск альтернативных вариантов остается чрезвычайно важным, добавляет она. «Кроме того, в моделях на животных часто отсутствуют важные ссылки на человеческий организм».
В своей работе Вибке Зихвер и ее коллеги из HZDR занимаются разработкой и применением радиоактивно меченых веществ для диагностики рака и, в частности, терапии. Эти радиолиганды метятся радиоактивным нуклидом (радионуклидом) и связываются с молекулой-мишенью, в случае рака со специфическими структурами-мишенями опухоли. Таким образом, радиофармпрепарат действует непосредственно на опухоль. Окружающие здоровые ткани сохраняются. На сегодняшний день радиофармацевтические препараты, разработанные в HZDR, должны быть протестированы на животных моделях, таких как мыши и крысы, после характеристики in vitro. Несколько лет назад Вибке Зихвер уже искал замену многочисленным экспериментам на животных в радиофармацевтических исследованиях. Во время поиска альтернативных систем она быстро наткнулась на Fraunhofer IWS. Там команда в течение нескольких лет занимается исследованиями микрофизиологических систем, которые используют культивируемые мини-организмы для имитации функционирования человеческого организма — благодаря использованию человеческих клеток, например, ближе к опухоли человека, чем могли бы эксперименты на животных. Это стало отправной точкой для новой идеи.

Развитие с большим потенциалом
Исследователи Fraunhofer IWS уже более десяти лет работают над созданием мини-лабораторий. С помощью этих микрофизиологических систем в формате коробки для таблеток функции органов или даже болезненные процессы могут быть искусственно представлены с помощью клеточных культур. Клапаны и каналы имитируют сосудистую систему, небольшой насос сердечных сокращений. Чипы изготовлены из пластиковых пленок, наложенных друг на друга. Кровеносные сосуды и камеры вырезаются в них с помощью лазера. В специальных модулях пользователи позже выращивают клеточные культуры, которые могут выживать до месяца в микрожидкостных системах. Тем временем в мини-лаборатории кровь циркулирует в виде питательной среды, снабжающей клетки кислородом и питательными веществами. Несколько лет назад эта структура позволяла представлять только два органа. Сегодня на этих новых многоорганных чипах одновременно можно моделировать до четырех органов.
Когда команда HZDR обратилась к Fraunhofer IWS, ее эксперты быстро оценили потенциал нового приложения. «Мультиорганные чипы еще не использовались при разработке радиофармацевтических препаратов, поэтому в них существует большая потребность», — объясняет руководитель группы Флориан Шмидер, много лет участвующий в исследованиях «лаборатория на чипе» в Fraunhofer IWS. Вместе два института успешно подали заявку на получение гранта Федерального министерства образования и исследований Германии на тему «Альтернативные методы тестирования на животных». Это будет продолжаться до 2024 года, и они добились первых многообещающих результатов.

Сокращение количества экспериментов на животных
Совместная исследовательская работа направлена ​​на размещение 3D-моделей опухолей на чипе, что впоследствии сделает тестирование радиофармпрепаратов проще и дешевле. Таким образом, получение трехмерного клеточного агрегата — сфероида, который может имитировать опухолевую ткань — из двумерной клеточной культуры стало первой задачей. «Это позволяет нам интегрировать характеристики микроопухоли в нашу систему», — объясняет инженер-разработчик Стефан Беренс, Fraunhofer IWS. В перспективе это представление на чипе должно становиться все более подробным, например, за счет использования клеток, специфичных для пациента, или для определения недавно обнаруженных характерных белков на различных типах опухолевых клеток, которые можно обнаружить радиофармакологически.
Первые испытания Вибке Зихвер и ее команды с мультиорганными чипами уже показали положительные результаты. Во-первых, они использовали известные вещества, свойства которых можно легко наблюдать на чипе. «Мы увидели, что привязка к опухолевым сфероидам уже работает», — описывает она. Они также планируют отображать на чипах модель почки и органоид печени. Почки, в частности, считаются дозолимитирующими и поэтому играют важную роль в радиофармацевтических исследованиях. «Проще говоря, это означает, что если радиолиганд застрянет, это может привести к повреждению не только почек, но и клеток печени», — поясняет ученый. По ее словам, тестирование таких веществ с использованием клеточных культур на чипе представляет собой многообещающую альтернативу. Если тесты в рамках проекта по-прежнему будут положительными, неизвестные радиолиганды также будут протестированы в системах на более позднем этапе. «Это экономит большое количество экспериментов на животных», — говорит Сихвер. Хотя их исследования еще не могут полностью исключить эксперименты на животных, исследователи работают над сокращением их количества.
В результате новой разработки Флориан Шмидер видит множество преимуществ для будущих пациентов. «Мы могли бы поместить на чип клетки, специфичные для пациента, и таким образом смоделировать развитие рака». Таким образом, индивидуальная терапия, адаптированная к потребностям пациента, станет возможной. «Рак также образует опухолеспецифические антигены, которые не так хорошо представлены в моделях на животных». Это должно быть осуществимо и на чипах.

Тесное сотрудничество между двумя исследовательскими институтами представляет собой яркий пример, иллюстрирующий добавленную стоимость научного альянса DRESDEN-concept, в котором 36 партнеров объединили свои усилия для продвижения Дрездена как места проведения исследований, а также для создания и использования синергии в исследованиях и обучении. а также инфраструктура и администрация.

Публикация: Исследование связывания с цетуксимабом, меченным радиоактивным изотопом.
Даже до того, как потенциально токсические побочные эффекты нового лекарства станут представлять интерес, характеристики связывания имеют наибольшее значение. Они сообщают ученым, может ли новое лекарство взаимодействовать с раковой клеткой-мишенью и насколько надежно это взаимодействие. Поэтому проводят исследования связывания, чтобы измерить силу связывания и количество лекарственного средства, связанного с клеткой-мишенью. В первой публикации исследователи Fraunhofer IWS и HZDR подробно показывают, как это работает:
Wiebke Sihver, Anne-Kathrin Nitt-Weber, Stephan Behrens, Martin Ullrich, Hans-Jurgen, Pietzsch, Negin Namazian Jam, Florian Schmieder*, Frank Sonntag: Введение микрофизиологических систем для оценки новых радиофармпрепаратов: исследование связывания с радиоактивно меченым цетуксимабом
https://doi.org/10.1515/cdbme-2022-1136

О ХЗДР
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) как независимый немецкий исследовательский центр проводит исследования в области энергии, здоровья и материи. Мы сосредоточимся на ответах на следующие вопросы:
• Как можно эффективно, безопасно и устойчиво использовать энергию и ресурсы?
• Как можно более точно визуализировать, охарактеризовать и более эффективно лечить злокачественные опухоли?
• Как ведет себя материя и материалы под действием сильных полей и в мельчайших измерениях?
Чтобы помочь ответить на эти исследовательские вопросы, HZDR управляет крупными объектами, которые также используются приезжими исследователями: Центр ионного пучка, Дрезденская лаборатория сильного магнитного поля и Центр мощных источников излучения ELBE.
HZDR является членом Ассоциации Гельмгольца и имеет шесть центров (Дрезден, Фрайберг, Герлиц, Гренобль, Лейпциг, Шенефельд под Гамбургом) с почти 1500 сотрудниками, из которых около 670 являются учеными, в том числе 220 докторами наук. кандидаты.

Дополнительная информация:
Др. Вибке Зихвер I HZDR
Кафедра радионуклидной терапии
Телефон: +49 351 260 2423 I Электронная почта: [email protected]

Дипл.-инж. Флориан Шмидер Институт технологии материалов и балок Фраунгофера IWS Дрезден
Телефон +49 351 83391-3520 | Электронная почта: [email protected]

Контакты для СМИ:
Саймон Шмитт | ХЗДР
руководитель отдела коммуникаций и связей со СМИ HZDR
Телефон: +49 351 260 3400 | Электронная почта: [email protected]

Маркус Форитта | Институт Фраунгофера по технологии материалов и балок IWS
руководитель отдела корпоративных коммуникаций
Телефон: +49 351 83391-3614 | Электронная почта: [email protected]

Отказ от ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за достоверность новостных сообщений, размещенных на EurekAlert! содействующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.