Nanopartikel trainieren Immunzellen, um Krebs anzugreifen

Die Tumormikroumgebung besteht aus Krebszellen und vielen anderen, einschließlich verschiedener Arten von Immunzellen.

Bildnachweis: National Cancer Institute

Krebsforscher erforschen alle Arten neuer und kreativer Ansätze für die Immuntherapie, Behandlungen, die dem Immunsystem helfen, Krebs zu bekämpfen. Das neueste beinhaltet Nanopartikel , die Immunzellen trainieren, um Krebs anzugreifen.

Die Nanopartikel, die hauptsächlich aus Substanzen bestehen, die im menschlichen Körper vorkommen, verlangsamten das Wachstum von Melanomen bei Mäusen , wie die NCI-finanzierte Studie zeigte.

Das menschliche Immunsystem ist in zwei Zweige aufgeteilt. Der angeborene Zweig, der die erste Verteidigungslinie des Körpers darstellt, löst eine schnelle und allgemeine Reaktion auf alle Arten von Keimen aus. Der adaptive Zweig, der T-Zellen und Antikörper enthält , setzt später ein und reagiert lang anhaltend und spezifischer auf Keime.

Die meisten heute verwendeten Immuntherapien betreffen das adaptive Immunsystem. Das Neue an dem neu entwickelten Nanopartikel ist, dass es das angeborene Immunsystem verändert und es in einen vorübergehenden Zustand versetzt, der als trainierte Immunität bekannt ist.

Geschulte angeborene Immunzellen sind „wacher und reagieren daher effizienter auf Infektionen und Krebs“, erklärte der leitende Ermittler Willem Mulder, Ph.D., von der Icahn School of Medicine am Mount Sinai.

Das angeborene Immunsystem kann Monate bis Jahre in diesem trainierten Zustand bleiben, was den Forschern Grund zu der Annahme gibt, dass die Antikrebseffekte des Nanopartikels eine Weile anhalten können. Die Studienergebnisse wurden am 29. Oktober in Cell veröffentlicht .

„Nanopartikel aus körpereigenen Materialien können unerwünschte Nebenwirkungen oder unbeabsichtigte Ansammlungen und Schäden an lebenswichtigen Organen verursachen. Dieses Nanopartikel ist jedoch biologisch freundlich “, sagte Dr. Christina Liu von der NCI- Abteilung für Nanodelivery Systems and Devices , die nicht an der Studie beteiligt war.

Dr. Mulder und seine Kollegen hoffen, in naher Zukunft eine klinische Studie zum Testen der Nanopartikel starten zu können. Sie arbeiten derzeit an Folgestudien, die erforderlich sind, um die Genehmigung für Humanstudien zu erhalten.

Entwicklung eines Nanopartikels

Im Jahr 2016 saß Dr. Mulder im Büro von Dr. Mihai Netea vom Radboud University Medical Center in den Niederlanden und skizzierte eine Idee auf einem Blatt Papier.

Das Paar hatte kürzlich eine Nanopartikel-Therapie entwickelt, die die trainierte Immunität hemmt. Bei Mäusen verhinderten die Nanopartikel, dass das Immunsystem eine Organtransplantation abstieß .

Diesmal erinnerte sich Dr. Mulder: „Dr. Netea hat mich im Wesentlichen gebeten, das Gegenteil zu tun “und ein Nanopartikel zu entwerfen, das eine trainierte Immunität auslöst . Die Wissenschaftler schlussfolgerten, dass ein solches Nanopartikel möglicherweise zur Behandlung von Krebs eingesetzt werden könnte.

Dr. Mulder, ein biomedizinischer Ingenieur, hat sich von der Natur inspirieren lassen. Es stellt sich heraus, dass der Tuberkulose-Impfstoff, auch als BCG-Impfstoff bekannt , eine trainierte Immunität hervorrufen kann. Der Impfstoff, der auf einer geschwächten Version der Bakterien basiert, die Tuberkulose verursachen, wird auch zur Behandlung von Blasenkrebs eingesetzt.

Das Team konstruierte eine Reihe von Nanopartikeln unter Verwendung von BCG-Fragmenten sowie Lipiden und Proteinen aus menschlichen Zellen. Diese Proteine helfen den Nanopartikeln, in das Knochenmark zu gelangen , wo angeborene Immunzellen gebildet werden. Das Team bezeichnet Nanopartikel aus Lipiden und diesen Proteinen als „Nanobiologika“.

Nanopartikel sind extrem klein – zwischen zehn und tausend Mal kleiner als ein einzelnes Bakterium. Aufgrund ihrer geringen Größe verhalten sie sich im menschlichen Körper anders als andere Chemikalien oder Medikamente, sagte Dr. Liu.

Dieses Nanopartikel wandert zum Knochenmark, wo es angeborene Immunzellen trainiert, um Tumore zu erkennen und anzugreifen.

Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Dr. Willem Mulder von der Icahn School of Medicine am Berg Sinai

Zum Beispiel halten Nanopartikel im Blut länger und reichern sich je nach Größe in Tumoren oder bestimmten Organen an, erklärte sie. Und sie fügte hinzu, dass die Verwendung natürlicher Materialien die Wahrscheinlichkeit verringert, dass das Nanopartikel harte Nebenwirkungen verursacht.

In einer Reihe von Labortests identifizierten die Forscher ein spezifisches Nanopartikel-Design, mit dem angeborene Immunzellen, die in Schalen gezüchtet wurden, am besten trainiert werden konnten. Es hatte auch andere gewünschte Eigenschaften, wie die Ansammlung im Knochenmark.

Training von Immunzellen, um Krebszellen abzutöten

Als nächstes testete das Team diese Nanopartikel an Labortieren, einschließlich Mäusen und Affen.

Wie beabsichtigt wurde das Nanopartikel von angeborenen Immunzellen im Knochenmark und in der Milz von Mäusen und Affen aufgenommen. Die Immunzellen zeigten dann mehrere Merkmale einer trainierten Immunität. Zum Beispiel teilten sie sich schnell, reagierten schnell auf Bedrohungen und produzierten bestimmte Chemikalien (sogenannte Zytokine ), die das Immunsystem stärken.

Die Forscher testeten die Nanopartikel auch bei Mäusen mit Melanom. Diese Melanomtumoren haben typischerweise mehr Procancer-Immunzellen als krebsabtötende Immunzellen – eine sogenannte immunsuppressive Mikroumgebung .

Bei Mäusen, die mit Nanopartikeln behandelt wurden, kehrten die trainierten Immunzellen dieses Muster um, was zu mehr krebsabtötenden Immunzellen und weniger Procancer-Immunzellen in den Tumoren führte.

Die Behandlung verlangsamte letztendlich das Wachstum von Tumoren bei den Mäusen, stellte das Team fest. Aber sie fragten sich, ob sie es noch besser machen könnten, wenn sie die Nanopartikel mit einer anderen Immuntherapie kombinieren würden.

Immun-Checkpoint-Hemmer sind die am häufigsten verwendete Krebsimmuntherapie, wirken jedoch nicht bei jeder Person, die sie erhält. Ein Grund, warum sie möglicherweise nicht funktionieren, ist, wenn der Tumor eines Patienten eine immunsuppressive Mikroumgebung aufweist, erklärte Dr. Mulder.

"Wir dachten:" Mal sehen, ob wir eine trainierte Immunität induzieren können, um das Immunsystem wieder ins Gleichgewicht zu bringen und es anfälliger für eine Checkpoint-Inhibitor-Therapie zu machen ", sagte er.

Wie erwartet hatte die Behandlung mit einem der beiden Immun-Checkpoint-Inhibitoren allein nur geringe bis keine Auswirkungen auf das Melanom-Tumorwachstum bei Mäusen. Die Kombination beider Immun-Checkpoint-Inhibitoren mit der Nanopartikel-Therapie verlangsamte jedoch das Tumorwachstum viel stärker als jeder der Checkpoint-Inhibitoren allein.

Die Nanopartikel schienen ebenfalls sicher zu sein. Sie verursachten weder bei Mäusen noch bei Affen starke Nebenwirkungen. Das Wissen, dass die Behandlung bei Affen sicher war, erleichtert den Übergang zu klinischen Studien bei Menschen, sagte Dr. Mulder.

Jetzt ist ein Biotechnologie-Startup von Dr. Mulder und Netea führen weitere Studien zu den Nanopartikeln durch, die erforderlich sind, um sie in Studien am Menschen einzubeziehen. Dr. Mulder und seine Kollegen untersuchen in Laborstudien auch, ob das Nanopartikel bei anderen Krebsarten wirkt.

Quelle: National Cancer Institute

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