חלקיקים מצופים פולימרים עמוסים בתרופות טיפוליות מראים הבטחה משמעותית לטיפול בסרטן, כולל סרטן השחלות. ניתן למקד חלקיקים אלה ישירות לגידולים, שם הם משחררים את עומס המשא שלהם תוך הימנעות מרבים מתופעות הלוואי של כימותרפיה מסורתית.
בעשור האחרון יצרו פרופ 'מכון MIT, פאולה האמונד ותלמידיה מגוון של חלקיקים אלה בטכניקה המכונה מכלול שכבה אחר שכבה. הם הראו שהחלקיקים יכולים להילחם ביעילות בסרטן במחקרי עכברים.
כדי לסייע בהקרבת חלקיקים אלה לשימוש אנושי, החוקרים עולים כעת עם טכניקת ייצור המאפשרת להם לייצר כמויות גדולות יותר של החלקיקים, בשבריר מהזמן.
"יש המון הבטחה עם מערכות הננו -חלקיקים שפתחנו, ואנחנו ממש נרגשים לאחרונה יותר מההצלחות שראינו במודלים של בעלי חיים לטיפולים שלנו לסרטן שחלות בפרט", אומר האמונד, שהוא גם סגן פרובוסט של MIT עבור סגל וחבר במכון KOCH למחקר סרטן אינטגרטיבי. "בסופו של דבר, עלינו להיות מסוגלים להביא את זה לקנה מידה בו חברה מסוגלת לייצר אותם ברמה גדולה."
המונד ודארל אירווין, פרופסור לאימונולוגיה ומיקרוביולוגיה במכון לחקר סקריפס, הם המחברים הבכירים של המחקר החדש, המופיע היום ב- חומרים פונקציונליים מתקדמיםו איוון פירס PhD '24, כיום פוסט -דוק בבית החולים בריגהם ונשים ומדען מבקר במכון קוך, ועזרא גורדון '24 הם מחברי הנייר המובילים. הייקיאונג סוה, טכנאי מחקר MIT, הוא גם מחבר.
תהליך יעיל
לפני למעלה מעשור, המעבדה של האמונד פיתחה טכניקה חדשה לבניית חלקיקים עם ארכיטקטורות מבוקרות מאוד. גישה זו מאפשרת לשכב שכבות עם תכונות שונות על פני השטח של חלקיק על ידי חשיפת פני השטח לסירוגין לפולימרים טעונים חיוביים ושליליים.
ניתן להטמיע כל שכבה במולקולות תרופתיות או בטיפול אחר. השכבות יכולות גם לשאת מולקולות מיקוד המסייעות לחלקיקים למצוא ולהיכנס לתאים סרטניים.
בעזרת האסטרטגיה שהמעבדה של האמונד פיתחה במקור, מיושמת שכבה אחת בכל פעם, ואחרי כל יישום, החלקיקים עוברים שלב צנטריפוגה להסרת כל עודף פולימר. החוקרים אומרים כי זה עתיר זמן ויהיה קשה לגודל עד לייצור בקנה מידה גדול.
לאחרונה, סטודנט לתואר שני במעבדה של האמונד פיתח גישה אלטרנטיבית לטיהור החלקיקים, המכונה סינון זרימה משיק. עם זאת, בעוד שזה יעיל את התהליך, הוא עדיין היה מוגבל על ידי מורכבות הייצור שלו וסולם הייצור המרבי שלו.
למרות שהשימוש בסינון זרימה משיק מועיל, זה עדיין תהליך אצווה קטן מאוד, וחקירה קלינית מחייבת שיהיה לנו מינונים רבים זמינים למספר משמעותי של חולים. "
פאולה האמונד, פרופסור למכון MIT
כדי ליצור שיטת ייצור בקנה מידה גדול יותר, החוקרים השתמשו במכשיר ערבוב מיקרו-פלואידי המאפשר להם להוסיף ברצף שכבות פולימר חדשות כאשר החלקיקים זורמים דרך מיקרו-ערוץ בתוך המכשיר. עבור כל שכבה, החוקרים יכולים לחשב בדיוק כמה יש צורך בפולימר, מה שמבטל את הצורך לטהר את החלקיקים לאחר כל תוספת.
"זה באמת חשוב מכיוון שהפרדות הן הצעדים היקרים ביותר והזמן המוצעים במערכות מסוג זה", אומר האמונד.
אסטרטגיה זו מבטלת את הצורך בתערובת פולימרית ידנית, מייעלת ייצור ומשלבת תהליכים תואמים ייצור טוב (GMP). דרישות ה- GMP של ה- FDA מבטיחות כי מוצרים עומדים בתקני בטיחות ויכולים להיות מיוצרים בצורה עקבית, שיהיו מאתגרים מאוד ויקרים באמצעות תהליך האצווה הקודם מבחינת הצעד. המכשיר המיקרו -פלואידי בו השתמשו החוקרים במחקר זה משמש כבר לייצור GMP של סוגים אחרים של חלקיקים, כולל חיסונים ל- mRNA.
"עם הגישה החדשה, יש הרבה פחות סיכוי לטעות או תקלות של מפעיל כלשהו", אומר פירס. "זהו תהליך שניתן ליישם בקלות ב- GMP, וזה באמת צעד המפתח כאן. אנו יכולים ליצור חידוש בתוך חלקיקי השכבה-שכבה ולייצר אותו במהירות באופן שנוכל לצאת לניסויים קליניים איתם."
ייצור גודל
באמצעות גישה זו, החוקרים יכולים לייצר 15 מיליגרם של חלקיקים ננו (מספיק לכ- 50 מנות) תוך מספר דקות בלבד, בעוד שהטכניקה המקורית תארך קרוב לשעה כדי ליצור את אותה הכמות. זה יכול לאפשר ייצור של יותר ממספיק חלקיקים לניסויים קליניים ושימוש בחולים, אומרים החוקרים.
"כדי להתאים את המערכת הזו, אתה פשוט ממשיך להריץ את השבב, והרבה יותר קל לייצר יותר מהחומר שלך", אומר פירס.
כדי להדגים את טכניקת הייצור החדשה שלהם, החוקרים יצרו חלקיקים ננו מצופים בציטוקין בשם Interleukin-12 (IL-12). המעבדה של האמונד הראתה בעבר כי IL-12 שנמסר על ידי חלקיקים ננו-שכבתיים בשכבה יכולה להפעיל תאי חיסון מפתח ולצמיחת גידול בשחלות איטיות בעכברים.
במחקר זה, החוקרים מצאו כי חלקיקים עמוסים ב- IL-12 המיוצרים בטכניקה החדשה הראו ביצועים דומים כמו חלקיקי השכבה המקוריים בשכבה. ולא רק שננו -חלקיקים אלה נקשרים לרקמת סרטן, אלא שהם מראים יכולת ייחודית לא להיכנס לתאי הסרטן. זה מאפשר לחלקיקי הננו לשמש כסמנים בתאי הסרטן המפעילים את מערכת החיסון באופן מקומי בגידול. במודלים של עכברים של סרטן השחלות, טיפול זה יכול להוביל לעיכוב גידול הגידול ואפילו לרפוא.
החוקרים הגישו פטנט על הטכנולוגיה וכעת הם עובדים עם מרכז Deshpande של MIT לחדשנות טכנולוגית בתקווה להקים חברה למסחור את הטכנולוגיה. למרות שהם מתמקדים בתחילה בסרטן של חלל הבטן, כמו סרטן השחלות, ניתן ליישם את העבודה גם על סוגים אחרים של סרטן, כולל גליובלסטומה, אומרים החוקרים.
המחקר מומן על ידי מכוני הבריאות הלאומיים של ארה"ב, מרכז השיש לננו -רפואה, המרכז לחדשנות טכנולוגית של Deshpande, ומענק התמיכה במכון קוך (CORE) מהמכון הלאומי לסרטן.
