Tímu z Massachusettského technologického inštitútu sa podarilo cielene a efektívne dopraviť chemoterapeutické liečivo do mozgu.
3D ilustrácia: Mozog obklopený liekmi. Zdroj: iStockphoto.com
Liečba mozgových nádorov – gliómov – je v súčasnosti nedostatočná. U každého pacienta sa porovnávajú prínosy jednotlivých liečebných postupov s potenciálnymi rizikami, ktoré liečba môže priniesť. Jeden z dôvodov, prečo sa choroba tak ťažko skúma a lieči, je ten, že väčšina chemoterapeutických liekov nemôže preniknúť do krvných ciev, ktoré obklopujú mozog. Problémom je hematoencefalická bariéra, ochrana medzi krvnými kapilárami a mozgovým tkanivom, ktorá obmedzuje vstup terapeutík do mozgu.
Tím výskumníkov z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) vyvíja nanočastice, ktoré vedia cielene a efektívne dopraviť liečivo do mozgu. Vedci, ktorí publikovali svoje prelomové výsledky v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences, navrhli umelý model, ktorý replikuje hematoencefalickú bariéru. Navyše ukázali, že nimi navrhnuté nanočastice sú schopné dostať sa k nádorom v mozgu a zneškodniť bunky gliómu.
Mozgový nádor – glióm
Gliómy patria medzi najčastejšiu skupinu mozgových nádorov. Na základe kombinácie morfologických a genetických charakteristík sú v rámci jednej skupiny klasifikované všetky difúzne infiltrujúce gliómy – astrocytómy a oligodendrogliómy. Druhú skupinu tvoria gliómy s ohraničeným spôsobom rastu.
Astrocytómy vznikajúce z astrocytov (podporných nervových buniek) sú najčastejším typom gliómu u dospelých aj u detí.
Pri stanovení diagnózy sa určuje štádium ochorenia, ktoré indikuje závažnosť a agresivitu nádoru. Vyššie štádium (high grade) väčšinou znamená rýchlejší rast, a teda väčšiu agresivitu. Patria sem astrocytómy štvrtého stupňa, bežne známe ako multiformné glioblastómy (GBM), ktoré predstavujú viac ako polovicu všetkých primárnych rakovín mozgu. Majú nepriaznivú prognózu: miera prežívania pacientov päť rokov je menej ako päťpercentná.
Tým, že prerastajú do zdravého mozgového tkaniva, operácia často nedokáže vyhubiť všetky nádorové bunky, zatiaľ čo chemoterapia a ožarovanie šancu na prežitie mierne zlepšujú.
Tvorba modelu hematoencefalickej bariéry
Hematoencefalická bariéra je fyzikálno-chemická bariéra, ktorá oddeľuje krv (krvné riečisko) od mozgu. Charakterizuje ju jedinečná bunková architektúra endotelových buniek, pericytov a astrocytov. Bariéra chráni mozog pred toxínmi a patogénmi, ale svojou selektivitou zároveň výrazne obmedzuje transport mnohých látok, teda aj liečiv do mozgu.
Napriek nadmernému úsiliu vedcov vyvinúť efektívnu terapiu pri liečbe gliómov, väčšina klinických skúšok v snahe neuspela. Pre štúdium transportu liečiv je nevyhnutný dobre navrhnutý in vitro model, ktorý ušetrí vedcom čas a umožní im v reálnom čase testovať efektivitu nanočastíc, ktoré majú dopraviť liečivo k tumoru.
Pred niekoľkými rokmi začalo laboratórium profesorky Hammondovej vytvárať tkanivový model mozgu a krvných ciev, ktoré tvoria hematoencefalickú bariéru.
Aby vedci čo najlepšie napodobnili štruktúru tkaniva, vypestovali vo svojom zariadení bunky gliómu. Bunky získali od chorých pacientov, ktorí trpeli multiformným glioblastómom (GBM). Na rast krvných ciev v malých trubičkách, ktoré obklopujú nádorové bunky, použili ľudské endotelové bunky. Ich model obsahuje aj pericyty a astrocyty, dva typy buniek, ktoré sa podieľajú na transporte molekúl cez hematoencefalickú bariéru.
Snímky mozgu zhotovené pomocou magnetickej rezonancie. Zdroj: iStockphoto.com
Nanočastice ako nástroj dopravenia liečiv do mozgu
Lipozomálne nanočastice sa používajú v klinickej onkológii na zlepšenie polčasu rozpadu lieku a zníženie systémovej toxicity. Doteraz však nebola pri liečbe mozgových nádorov schválená žiadna terapia na báze nanočastíc.
Vedci predpokladajú, že realistický model hematoencefalickej bariéry zložený výlučne z ľudských buniek môže urýchliť predklinický vývoj terapeutických nanočastíc.
Laboratórium profesorky Hammondovej je priekopníkom techniky nazývanej konštrukcia vrstva po vrstve (layer by layer), ktorú používa na vytvorenie funkčných nanočastíc obsahujúcich liečivo. Častice, ktoré vedci vyvinuli pre túto štúdiu, sú na povrchu potiahnuté peptidom nazývaným AP2, o ktorom sa v predchádzajúcej práci ukázalo, že pomáha preniknúť cez hematoencefalickú bariéru.
Absencia in vitro modelov však študovanie ich transportu sťažovala.
Vedcom sa podarilo sledovať a úspešne dopraviť nanočastice do mozgu v tkanivovom modeli glioblastómu aj v zdravom mozgovom tkanive. Zistili, že častice potiahnuté peptidom AP2 oveľa lepšie prenikajú do ciev, ktoré obklopujú nádory.
Výskumníci potom naplnili nanočastice cisplatinou, bežne používaným chemoterapeutickým liečivom. Upravené nanočastice, ktoré mali na svojom povrchu peptid AP2, vedeli účinne likvidovať nádorové bunky gliómu. Nanočastice bez prítomnosti tohto peptidu, naopak, útočili na zdravé tkanivo a rakovinové nádory úplne ignorovali.
Vedci sa potom pokúsili použiť nanočastice aj na in vivo modeli myši. Pomocou špecializovaného chirurgického mikroskopu zistili, že schopnosť častíc prechádzať hematoencefalickou bariérou bola veľmi podobná tomu, čo videli na modeli ľudského tkaniva.
Chemoterapeutický účinok však nebol taký silný ako na tkanivovom modeli. Vedci konštatovali, že to môže byť dôsledok pokročilejšieho štádia nádorov myší. V budúcnosti chcú otestovať aj ďalšie lieky, aby zistili, ktoré z nich majú najväčší účinok.
„Testovali sme iba jeden typ mozgového nádoru, chceme naše pôsobenie rozšíriť a otestovať ďalšie, najmä zriedkavé typy nádorov, ktoré je ťažké študovať, pretože nemusí byť k dispozícii toľko vzoriek,“ hovorí doktorka Straehlová, prvá autorka štúdie.
Lekár ukazuje výsledky pacientke s rakovinou. Zdroj: iStockphoto.com
Klinické príznaky prítomnosti gliómu
Symptómy mozgových nádorov sa delia na celkové a špecifické. Tlak nádoru na mozgové tkanivo alebo miechu vytvára celkové príznaky. Naopak, špecifické vznikajú zhoršenou funkciou danej časti mozgu, ktorú nádor ovplyvňuje.
Medzi celkové príznaky najčastejšie patrí:
- bolesť hlavy,
- epileptické záchvaty,
- zmena zmyslového vnímania – zraku, chuti, čuchu, sluchu,
- zmena povahy,
- nevoľnosť, vracanie,
- problémy s pamäťou,
- problémy so spánkom,
- ťažkosti s chôdzou.
Zdroje: DOI: 10.1073/pnas.2118697119, spolocnostpatologov, onkoinfo, eurekaalert, lekar
