Budou se nanočástice využívat k časnému odhalení nádorů?

Šance na přežití mnoha onkologických pacientů by byly daleko vyšší, kdyby jejich zhoubné onemocnění bylo diagnostikováno včas. Proto se vědci na celém světě pokoušejí najít různé metody časné diagnostiky rakoviny; jedním z těchto přístupů je detekce specifických proteinů vylučovaných nádorovými buňkami, které cirkulují v krevním oběhu. Koncentrace těchto biomarkerů je však tak nízká, že je velmi problematické je vůbec detekovat.

Vědci z Massachusettského technického institutu (Massachusetts Institute of Technology, MIT vyvinuli novou metodu, která by mohla výrazně usnadnit detekci nádorových biomarkerů. Výzkumný tým pod vedením dr. Sangeety Bhatiové zkonstruoval nanočástice, které dokážou zamířit přímo k nádoru a interagovat s jeho specifickými proteiny tak, že vzniknou tisíce molekul biomarkerů, které lze následně snadno detekovat v pacientově moči.

„Tento systém pro amplifikaci biomarkerů by se dal využívat i ke sledování progrese onemocnění i toho, jak nádor reaguje na léčbu,“ tvrdí dr. Bhatiová, která řídí Laboratory for Multiscale Regenerative Technologies na MIT.

„Lékaři zoufale volají po biomarkerech, které by umožnily časnou detekci onemocnění, jeho prognózu či posouzení toho, jak organismus reaguje na léčbu,“ doplnila dr. Bhatiová. Uvedla také, že hledání takových biomarkerů je značně komplikované, neboť studie lidského genomu odhalily, že mnohé typy rakoviny (například rakovina prsu) jsou ve skutečnosti skupinami několika různých onemocnění se značně rozdílým genetickým profilem.

Amplifikace signálů z nádorových buněk

Nádorové buňky produkují mnoho proteinů, které se nevyskytují u zdravých buněk. Tyto proteiny jsou však v krevním řečišti natolik naředěné, že jejich identifikace je prakticky nemožná. V nedávné studii výzkumníků ze Stanfordovy univerzity (Stanford University) bylo zjištěno, že i při využití nejlepších známých biomarkerů pro rakovinu vaječníku a nejmodernější technologie pro jejich detekci by zhoubný nádor vaječníku byl odhalen teprve osm až deset let poté, co vznikl.

„Nádorová buňka produkuje biomarkery, ale její "výrobní kapacita" je omezená,“ vysvětlila dr. Bhatiová. „Napadlo nás, že bychom mohli k nádoru dopravit něco, co by tento signál zesílilo.“

Laboratoř dr. Bhatiové se již předtím zabývala výzkumem nanočástic, které by se daly využít pro detekci nádorových biomarkerů. Tyto částice interagují s enzymy označovanými jako proteázy, které štěpí proteiny na menší fragmenty.

Nádorové buňky často produkují velké množství proteáz označovaných jako matrix metaloproteinázy (MMP). Tyto proteázy pomáhají rakovinným buňkám uvolnit se ze svého původního umístění a nekontrolovatelně se šířit díky tomu, že MMP štěpí proteiny extracelulární matrix, která za normálních okolností drží buňky na správném místě.

Experti z MMT pokryli své nanočástice peptidy (krátkými proteinovými fragmenty), které jsou známými substráty několika MMP. Takto ošetřené nanočástice se nahromadí v místě nádoru (procházejí přitom prosakujícími krevními cévami, které většinou nádory obklopují). V těchto místech MMP štěpí stovky peptidů z nanočástic a uvolňují je do krevního oběhu.

Peptidy se rychle hromadí v ledvinách a jsou vylučovány močí, v níž je lze detekovat pomocí hmotnostní spektrometrie.

„Je to zcela nový přístup k vyřešení problému nízké koncentrace nádorových biomarkerů v organismu,“ potvrdil dr. Sandžív Gambhír, přednosta Department of Radiology na lékařské fakultě Stanfordovy univerzity. „Nemusíte už spoléhat na přirozeně produkované biomarkery: místo toho dopravíte Váš nosič na místo určení, kde se uvolní Vaše syntetizované biomarkery,“ konstatoval dr. Gambhír, který se na výzkumu nepodílel.

Charakteristické „otisky“

Aby bylo odečítání biomarkerů co nejpřesnější, výzkumníci z MIT zkonstruovali své nanočástice tak, že nesly 10 různých peptidů, z nichž každý je štěpen jinou MMP. Každý z těchto peptidů má jinou velikost, což umožňuje jejich vzájemné odlišení pomocí hmotnostní spektrometrie. Výzkumníci by tak měli být schopni identifikovat odlišné „podpisy“, které jsou charakteristické pro odlišné typy nádorů.

V této studii vědci testovali, zda jejich nanočástice dokážou detekovat časné stadium kolorektálního karcinomu u myší, a monitorovat progresi fibrózy jater.

Fibróza jater znamená zmnožení vaziva v jaterní tkáni, které vzniká v důsledku mechanického poškození jater nebo chronického jaterního onemocnění. Pacienti s fibrózou jater musí být pravidelně monitorováni pomocí bioptického vyšetření (které je mimochodem nákladné a invazivní), aby byla zajištěna jejich správná léčba. Vědci potvrdili, že u myší je vyšetření pomocí nanočástic mnohem rychlejší než bioptické vyšetření.

Dále bylo zjištěno, že pomocí nanočástic lze odhalit kolorektální karcinom v časném stadiu. V navazujících studiích bude výzkumný tým zkoumat, zda jsou nanočástice schopny měřit odpověď nádoru na chemoterapii a detekovat metastázy.

Reference

1. Kwong GA, von Maltzahn G, et al. Mass-encoded synthetic biomarkers for multiplexed urinary monitoring of disease. Nature Biotechnology 2012. doi: 10.1038/nbt.2464

Klíčová slova: nanočástice, biomarkery, časná diagnostika

16. 12. 2012 Tisková zpráva Massachusettského technického institutu (MIT)

Zpět