Inovația în terapia fototermală depășește obstacolele semnificative în tratamentul cancerului
Un grup de cercetare colaborativ a realizat o dezvoltare promițătoare în tratamentul cancerului, depășind două probleme care au împiedicat terapia fototermală, o opțiune de tratament mult mai puțin invazivă decât intervenția chirurgicală și/sau radiațiile, să devină mai frecvent utilizată.
Terapia fototermală utilizează lumina laser în infraroșu apropiat pentru a încălzi selectiv și a distruge celulele canceroase. Totuși, atunci când sistemul imunitar detectează nanoparticulele ce transportă agenți terapeutici, acesta începe adesea să le elimine înainte ca acestea să ajungă la tumori. O a doua problemă a terapiei fototermale ține de tehnologie. Iradierea laserului extern convențional pierde energie în timp ce trece prin piele și țesuturi, dificultând astfel încălzirea eficientă a tumorilor adânci.
„Eliminarea nanoparticulelor și livrarea laserului au fost obstacole de lungă durată în calea tratamentului fototermal al cancerului, dar acum am depășit simultan ambele provocări”, afirmă Eijiro Miyako, profesor la Institutul de Cercetare Multidisciplinară pentru Materiale Avansate de la Universitatea Tohoku, care a condus studiul împreună cu Air Water Inc., Universitatea Teikyo și Institutul Avansat de Știință și Tehnologie din Japonia.
Pentru a aborda problema eliminării nanoparticulelor, Miyako și colegii săi au utilizat instrumentul de predicție a structurii proteice AI numit AlphaFold pentru a redesena albumina serică umană (HSA), o proteină din sânge care ajută materialele să evite detectarea de către sistemul imunitar. Aceștia au creat o nouă proteină biodegradabilă numită IDP1, care este flexibilă și atrage apa. În experimentele cu șoareci, nanoparticulele acoperite cu IDP1 au rămas în fluxul sanguin de peste patru ori mai mult decât cele acoperite cu materialul comun polietilen glicol (PEG) (150,5 minute comparativ cu 17,8 minute). Când au fost încărcate cu nanohorni de carbon și colorantul activat de lumină indocianină verde, nanoparticulele acoperite cu IDP1 s-au acumulat eficient în tumori, arătând o distribuție minimă către organele sănătoase.
După ce au rezolvat problema eliminării nanoparticulelor, echipa de cercetare a trebuit să abordeze sistemul de livrare a laserului. Pentru a depăși acest obstacol, echipa a dezvoltat un endoscop ultra-subțire și rigid – suficient de mic pentru a se încadra într-o seringă standard de 16 gauge – folosind tehnologia lentilelor din fibră optică cu index gradat (GI-POF) dezvoltată de Air Water Inc. Lentila de fibră optică nu a fost doar o modificare a sistemelor de fibră optică existente, ci a fost proiectată specific pentru a se conforma dimensiunilor acelor clinice.
Prin plasarea endoscopului direct în tumoră, sistemul livrează lumina laser din interior, evitând pierderea de lumină care apare în mod normal în timpul trecerii prin țesuturile sănătoase. Această abordare a încălzit tumorile la fel de eficient ca tratamentele convenționale, folosind cu 28% mai puțină putere laser (500 mW comparativ cu 700 mW). Deoarece a fost necesară o putere laser mai mică, s-a redus și dauna adusă țesuturilor sănătoase din apropiere. Endoscopul include, de asemenea, un sistem de imagistică prin fluorescență în timp real, permițând medicilor să vizualizeze tumora și să poziționeze cu precizie dispozitivul înainte de tratament.
În experimentele cu șoareci care aveau cancer colorectal, o singură doză de IDP1-CNH/ICG urmată de un tratament cu laser a făcut ca tumorile să dispară complet în termen de 14 zile. Tumorile nu au reapărut pe parcursul studiului de 40 de zile, iar cercetătorii nu au găsit semne de efecte secundare dăunătoare. Abordarea bazată pe AI utilizată pentru a proiecta IDP1 ar putea fi aplicată și pentru a îmbunătăți cât timp rămân în circulație multe alte medicamente. Sistemul endoscopic în modul de contact ar putea fi folosit și pentru a trata alte tipuri de tumori care pot fi accesate cu un ac.
Privind spre viitor, cercetătorii intenționează să efectueze studii de siguranță înainte de a trece la utilizarea clinică. De asemenea, vor testa platforma IDP1 în alte tipuri de cancer, inclusiv cancerul de cap și gât, esofagian și pancreatic, care pot fi accesate cu ajutorul unui endoscop.
