Probele inteligente fac ca celulele agresive de cancer mamar să strălucească în timpul intervenției chirurgicale
Îndepărtarea chirurgicală a unei tumori rămâne principala apărare împotriva majorității cancerelor solide.
Cu toate acestea, pentru chirurgi, diferențierea între marginea exterioară a unei tumori și țesutul sănătos reprezintă o provocare. În cazul cancerelor agresive, cu o structură neregulată, acest contur poate fi deosebit de greu de găsit. Lăsând chiar și un cluster microscopic de celule canceroase reziduale, riscul ca boala să revină și să se răspândească în întregul corp crește semnificativ.
Din păcate, chirurgii nu beneficiază de o hartă perfectă a tumorii și trebuie să se bazeze pe indicii vizuale limitate și pe atingere. Un cercetător de la UT San Antonio College of Sciences lucrează pentru a oferi această hartă.
Syed Muhammad Usama, doctor în chimie, lucrează la dezvoltarea unei „probe inteligente” moleculare. Tehnologia este concepută pentru a face ca celulele canceroase ascunse să strălucească în timp real în timpul intervenției chirurgicale, oferind astfel chirurgilor margini mai curate și reducând riscul de recidivă pentru pacienți.
Potențialul clinic al lucrărilor sale a fost recunoscut, fiind finanțat de Max and Minnie Tomerlin Voelcker Fund, inclusiv printr-un recent premiu de 450.000 de dolari. Această finanțare va ajuta la accelerarea proiectului de la chimia organică de bază la modele de translare care ar putea schimba peisajul oncologiei chirurgicale.
Usama se concentrează pe cancerul mamar triplu negativ, un subtip extrem de agresiv care constituie aproximativ 15% până la 20% din toate cazurile de cancer mamar. Termenul „triplu negativ” se referă la absența celor trei receptori care se găsesc de obicei în celulele canceroase mamare: estrogen, progesteron și receptorul 2 al factorului de creștere epidermic uman, sau HER2.
Acești trei receptori sunt, în mod obișnuit, țintiți de terapiile și tratamentele hormonale pentru cancerul mamar. În absența lor, cancerul mamar triplu negativ devine rezistent la multe tratamente de primă linie.
Rezecția chirurgicală este intervenția principală pentru mai mult de jumătate dintre pacienții cu cancer în fiecare an. Însă, în cazul unui subtip la fel de agresiv ca cancerul mamar triplu negativ, a te baza doar pe vederea și atingerea chirurgului pentru a curăța marginile tumorii este o provocare clinică majoră.
Chirurgia ghidată prin fluorescență este o abordare emergentă care injectează pacienții cu fluorofori – coloranți fluorescenți țintiți – înainte de o operație. În timpul intervenției chirurgicale, laserele specializate în infraroșu apropiat iluminează acești coloranți, oferind echipei medicale o hartă strălucitoare a tumorii și a marginilor sale.
Din păcate, coloranții fluorescenți de astăzi trebuie să se lege de cei trei receptori pe care cancerul triplu negativ nu îi are.
În loc să caute markeri pe exteriorul celulei, laboratorul lui Usama vizează proteinele din interiorul celulelor care contribuie la creșterea tumorii. Aceste proteine sunt cunoscute sub numele de kinaze dependente de ciclină 4 și 6 (CDK 4/6).
În timp ce celulele normale mențin aceste proteine relativ controlate, majoritatea tumorilor de cancer mamar triplu negativ produc mult mai multe dintre ele.
Pentru a viza aceste celule, cercetătorii asociază un medicament aprobat de FDA numit palbociclib (pal), care se leagă în mod natural de CDK 4/6, cu un colorant fluorescent care pătrunde profund în țesuturi, numit c-Cy7, dezvoltat de Usama. Acești doi compuși formează o „probă inteligentă” sofisticată numită c-Cy7-pal.
Ceea ce diferențiază această probă este mecanismul său de activare „inteligent”. Coloranții de imagine convenționali sunt „întotdeauna activi”, strălucind continuu din momentul în care sunt injectați. Aceasta creează zgomot de fond, deoarece colorantul se acumulează în țesuturile sănătoase, făcând dificilă pentru chirurgi vizualizarea marginilor tumorii.
Însă, proba recent concepută de Usama acționează ca un semnal de avertizare inteligent, iluminând țesutul canceroase și devenind întunecată în alte părți.
„Proba noastră c-Cy7-pal se activează și iluminează doar după ce se leagă de proteinele intracelulare specifice supraproduse în tumoră. Aceasta ne oferă un contrast țintă-fond dramatic mai mare, făcând o distincție clară între țesutul tumoral și cel sănătos”, a explicat Usama.
Această activare se declanșează prin schimbări în chimia internă a zonei țintă – în special în funcție de cât de hidrofob sau electric este mediul înconjurător. Călătorind prin țesuturile sănătoase, proba se răsucește natural într-o stare închisă și întunecată. Când proba pătrunde într-o celulă canceroasă și se leagă de proteina CDK 4/6 țintă, schimbarea polarității determină molecula să se deschidă într-o stare încărcată, activându-și fluorescența.
Proiectul face parte din misiunea mai amplă a UT San Antonio de a cultiva o forță de muncă STEM agilă în sudul Texasului.
Cu sprijinul premiului Voelcker Fund Young Investigator Award, Usama a recrutat și instruit cinci studenți la doctorat și 12 studenți la nivel de licență în chimie, biochimie, biologie și inginerie biomedicală. A reproiectat cursurile de biochimie pentru studenții din anul doi și a lansat un curs specializat de chimie biologică la nivel de absolvent pentru a extinde accesul studenților la formarea practică în laborator în proiectarea moleculară, dezvoltarea de medicamente și bioimaging.
„Studenții noștri nu doar că citesc despre aceste concepte – ei sintetizează activ probele, efectuează teste biologice și învață cum să comunice știința complexă. Creșterea lor a fost extraordinară; ei sunt liderii medicali și științifici ai viitorului”, a spus Usama.
