Forschungen zeigen, dass genetisch veränderte Vesikel Krebszellen besser ansteuern.

24. Juli 2023

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von Chris Kocher, Binghamton University

Zwei bedauerliche Fakten über die Chemotherapie: Sie kann gesunde Zellen genauso schädigen wie Krebszellen, und viele therapeutische Ziele bleiben innerhalb der Krebszellen, was es schwieriger macht, sie zu erreichen.

Biomedizinische Ingenieure der Binghamton University forschen an der Verwendung von zellabgeleiteten Nanovesikeln zur präziseren und effizienteren Verabreichung von therapeutischen Wirkstoffen im Inneren von Krebszellen. Die kleinen Säcke aus Proteinen, Lipiden und RNA, die Zellen als Methode der interzellulären Kommunikation absondern, könnten modifiziert werden, um Medikamente zu transportieren.

"Diese Nanoträger haben einige ausgezeichnete Eigenschaften", sagte Yuan Wan, Assistenzprofessorin am Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science Department of Biomedical Engineering. "Beispielsweise können sie aus menschlichen Zellstämmen gewonnen werden, so dass die Immunreaktion sehr gering ist. Das ermöglicht eine optimale Biokompatibilität, so dass sie der immunen Abwehr entgehen und eine verlängerte Halbwertszeit im Blut haben. Die Zeit für die Zirkulation im Körper beträgt vielleicht 45 Sekunden, so dass die mit Medikamenten beladenen Nanovesikel sicher mehrmals zu den Tumoren gelangen können und die Medikamente im Vergleich zu frei im Körper eingeführten Medikamenten mehr Chancen haben, von den Krebszellen aufgenommen zu werden."

"Große Mengen verkapselter Medikamente können von den Lipidmembranen der Nanovesikel gut geschützt und zurückgehalten werden. Sobald Krebszellen diese Nanovesikel aufnehmen, töten hohe Medikamentenkonzentrationen in der Tumormikroumgebung effektiv Krebszellen ab. Im Vergleich dazu können freie Medikamente schnell diffundieren und dann aus dem Körper ausgeschieden werden. Nur eine sehr geringe Menge an Medikamenten erreicht die Tumoren, was die Wirksamkeit der Behandlung sehr gering macht. Sie können die Dosis erhöhen, aber eine höhere Dosis führt auch zu einer hohen systemischen Toxizität."

In ihrer neuen Studie, veröffentlicht in Nature Communications, experimentierte das Binghamton-Team mit Targeting-Moieties und künstlich hergestellten viralen Fusionsproteinen, die die Krebszielausrichtung und die Fusion von Zellmembranen erleichtern.

Indem überexprimierte oder krebspezifische Antigene in bösartigen Zellen identifiziert und Nanovesikel mit ausgestatteten Targeting-Moieties und Fusogenen injiziert werden, werden verkapselte Medikamente in Krebszellen eingebracht, während gesunde Zellen unberührt bleiben.

"Menschen verwenden weit verbreitet Nanoträger namens Polymer-dekorierte Liposomen, und sie sind bereits von der FDA zugelassen", sagte Wan. "Aber sie sind nicht perfekt, weil sie keine Krebsausrichtung haben und möglicherweise sehr starke Immunogenitätsprobleme [eine Reaktion des Immunsystems] verursachen."

Im Jahr 2021 führte Wan Forschungen durch, um plasmabasierte extrazelluläre Vesikel zu testen, um festzustellen, ob solitäre Lungenknoten in menschlichen Lungen gutartig oder bösartig sind. Andere Methoden zur Bestimmung der Bösartigkeit dauern entweder zu lange oder sind invasiver.

Unter Nutzung dieses Wissens nutzt diese aktuelle, aber separate Forschung Nanovesikel, damit sie für uns arbeiten und spezifisch das beeinflussen, was sie sollen. Idealerweise könnten Ärzte diese mit Targeting-Moieties und Fusogen ausgestatteten Nanovesikel für den Einsatz in sicherer Impfstoffverabreichung und Gentechnik vorbereiten.

Was als Nächstes kommt, erklärte Wan: "Wir müssen ihre Behandlungseffizienz in großen Tiermodellen zeigen und nachweisen, dass wir keine große Menge dieser Vesikel benötigen, weil wir die Membranfusion-Funktion haben werden. Wenn Sie die Anzahl der Vesikel und Medikamente senken, verringern Sie die Kosten der Behandlung und die Nebenwirkungen."

Zeitschrifteninformationen: Nature Communications

Bereitgestellt von Binghamton University