Um dos principais desafios no desenvolvimento eficaz, os tratamentos direcionados ao câncer é a heterogeneidade das próprias células cancerígenas. Esta variação torna difícil para o sistema imunológico reconhecer, responder e lutar ativamente contra tumores. Agora, Contudo, novos avanços em nanotecnologia estão tornando possível entregar direcionados, "vacinas" personalizadas para tratar o câncer.

Um novo estudo, publicado em 2 de outubro, 2020 em Avanços da Ciência , demonstra o uso de estruturas orgânicas metálicas em nanoescala carregadas para gerar radicais livres usando raios-X no tecido tumoral para matar células cancerosas diretamente. Além disso, as mesmas estruturas podem ser usadas para entregar moléculas de sinalização imunológica conhecidas como PAMPs para ativar a resposta imunológica contra células tumorais. Ao combinar essas duas abordagens em uma vacina "de fácil administração, “esta nova tecnologia pode fornecer a chave para um melhor tratamento local e sistêmico de cânceres de difícil tratamento.

Em uma colaboração entre o Lin Group do Departamento de Química da University of Chicago e o Weichselbaum Lab da University of Chicago Medicine, a equipe de pesquisa combinou conhecimentos de química inorgânica e biologia do câncer para enfrentar o problema desafiador de direcionar e ativar adequadamente uma resposta imune inata contra o câncer. Este trabalho aproveitou as propriedades únicas de estruturas metal-orgânicas em nanoescala, ou nMOFs - estruturas em nanoescala construídas de unidades repetidas em uma formação de rede que são capazes de infiltrar tumores.

Esses nMOFs podem ser irradiados com raios-X para gerar altas concentrações de radicais de oxigênio livre, matando as células cancerosas diretamente e produzindo antígenos e moléculas inflamatórias que ajudam o sistema imunológico a reconhecer e eliminar as células cancerosas, muito parecido com uma vacina. Sua estrutura semelhante a uma rede também torna os transportadores nMOFs ideais para a distribuição de medicamentos anticâncer diretamente para os tumores. Até agora, Contudo, tem sido difícil ativar as respostas imunes inatas e adaptativas necessárias para eliminar os tumores cancerígenos.

Neste novo estudo, os pesquisadores ajustaram sua abordagem ainda mais. Desta vez, eles geraram um novo tipo de estrutura nMOF que poderia ser carregada com drogas conhecidas como padrões moleculares associados a patógenos, ou PAMPs. Agora, quando os nMOFs foram aplicados a tumores cancerosos, irradiar o tecido teve um efeito duplo:desencadeou os nMOFs para matar as células cancerosas locais para produzir antígenos contra o tumor e liberou os PAMPs, que então desencadeou uma ativação muito mais forte da resposta imune aos antígenos tumorais. Este golpe duplo foi capaz de matar células cancerígenas do cólon e do pâncreas com alta eficácia, mesmo em modelos de tumor que são altamente resistentes a outros tipos de imunoterapia.

Em outros experimentos com camundongos, os investigadores viram que poderiam estender os efeitos dos nMOFs até mesmo a tumores distantes com a aplicação de inibidores de checkpoint, fornecendo uma nova esperança para o tratamento do câncer local e sistemicamente com esta abordagem.

"Ao incluir a entrega de PAMP com os nMOFs, esta é a primeira vez que fomos capazes de realmente aumentar a resposta imunológica aos antígenos, "disse o autor sênior Wenbin Lin, Ph.D., o James Franck Professor de Química e investigador principal de imunologia tumoral no Ludwig Cancer Center em UChicago. "Isso é totalmente diferente de todos os nossos estudos anteriores porque mostramos que os nMOFs mais PAMPs podem impactar todos os aspectos necessários para ativar o sistema imunológico. Podemos usar esta nanoformulação para permitir vacinações contra o câncer personalizadas que funcionarão em qualquer paciente , porque esta estratégia não estará sujeita à heterogeneidade que vemos entre os diferentes pacientes. "

Os efeitos do tratamento foram tão pronunciados que os pesquisadores estão ansiosos para trazer a tecnologia para os ensaios clínicos, onde outras versões da tecnologia nMOF já estão sendo testadas, com resultados promissores até agora.

"O brilho deste sistema é duplo, "disse o co-autor Ralph Weichselbaum, MD, Daniel K. Ludwig Distinguished Service Professor de Radiação e Oncologia Celular e Presidente do Departamento de Radiação e Oncologia Celular da UChicago. "Primeiro, pode melhorar o controle local do tumor, aumentando o poder de matar dos raios-X. Segundo, embora tenha havido interesse no uso de radiação para estimular a resposta imunológica para combater o câncer, acabou sendo mais difícil do que pensávamos. Nesse caso, os nMOFs são capazes de ativar os sistemas imunológicos inato e adaptativo, o que torna esta tecnologia muito promissora para o tratamento do câncer na clínica. "

Já olhando para as próximas etapas, os investigadores estão trabalhando no refinamento da tecnologia. "Estamos refinando o design do nMOF e a entrega dos PAMPs, em preparação para testá-lo em humanos, "disse Lin." Estamos realmente trabalhando para ampliar a melhor formulação para que possamos colocá-la em testes clínicos, esperançosamente nos próximos dois a três anos, ou mesmo antes. "

A equipe credita a natureza interdisciplinar e colaborativa do campus Hyde Park da Universidade de Chicago e da Universidade de Chicago por criar um espaço onde a química e a biologia do câncer se combinaram para produzir uma terapia potencial tão promissora. bem como o apoio que receberam da Ludwig Cancer Research ao longo do caminho.

"Desde a concepção deste projeto e obter financiamento para começar com os ensaios clínicos, onde podemos testar a tecnologia em ensaios clínicos e obter dados reais do paciente, este trabalho foi todo feito aqui mesmo na UChicago, "disse Weichselbaum." Nós realmente vamos descobrir algo no laboratório para testá-lo ao lado do leito. "