חולים עם סרטן בשלב מאוחר נאלצים לעיתים קרובות לסבול סבבים מרובים של סוגים שונים של טיפול, מה שעלול לגרום לתופעות לוואי לא רצויות ולא תמיד יעזור.
בתקווה להרחיב את אפשרויות הטיפול עבור אותם חולים, חוקרי MIT תכננו חלקיקים זעירים שניתן להשתיל באתר גידול, שם הם מספקים שני סוגי טיפול: חום וכימותרפיה.
גישה זו יכולה למנוע את תופעות הלוואי המתרחשות לעיתים קרובות כאשר כימותרפיה ניתנת לווריד, וההשפעה הסינרגטית של שני הטיפולים עשויה להאריך את תוחלת החיים של המטופל יותר מאשר מתן טיפול אחד בכל פעם. במחקר על עכברים הראו החוקרים שטיפול זה חיסל לחלוטין גידולים ברוב החיות והאריך באופן משמעותי את הישרדותם.
אחת הדוגמאות שבהן הטכנולוגיה המסוימת הזו יכולה להיות שימושית היא הניסיון לשלוט בצמיחה של גידולים שגדלים במהירות. המטרה תהיה להשיג שליטה מסוימת על הגידולים הללו עבור חולים שאין להם באמת הרבה אפשרויות, וזה יכול להאריך את חייהם או לפחות לאפשר להם לקבל איכות חיים טובה יותר בתקופה זו".
אנה Jaklenec, חוקרת ראשית במכון קוך של MIT לחקר סרטן אינטגרטיבי
Jaklenec הוא אחד הכותבים הבכירים של המחקר החדש, יחד עם אנג'לה בלכר, פרופסור ג'יימס מייסון מלאכת יד להנדסה ביולוגית ומדע והנדסת חומרים וחבר במכון קוך, ורוברט לנגר, פרופסור במכון MIT וחבר ב- מכון קוך. מריה קנלי, פוסט דוקטורט לשעבר ב-MIT, היא המחברת הראשית של המאמר, המופיע היום בכתב העת ACS Nano.
טיפול כפול
חולים עם גידולים מתקדמים עוברים בדרך כלל שילוב של טיפולים, כולל כימותרפיה, ניתוח והקרנות. פוטותרפיה היא טיפול חדש יותר הכולל השתלה או הזרקה של חלקיקים המחוממים בלייזר חיצוני, העלאת הטמפרטורה שלהם מספיק כדי להרוג תאי גידול סמוכים מבלי לפגוע ברקמה אחרת.
הגישות הנוכחיות לפוטותרפיה בניסויים קליניים עושות שימוש בננו-חלקיקי זהב, אשר פולטים חום כאשר הם נחשפים לאור קרוב לאינפרא אדום.
צוות MIT רצה להמציא דרך להעביר פוטותרפיה וכימותרפיה ביחד, שלדעתם יכולה להקל על המטופל את תהליך הטיפול ואולי גם להיות בעלת השפעות סינרגיות. הם החליטו להשתמש בחומר אנאורגני בשם מוליבדן גופרתי כחומר הפוטותרפי. חומר זה ממיר אור לייזר לחום ביעילות רבה, מה שאומר שניתן להשתמש בלייזרים בעלי הספק נמוך.
כדי ליצור מיקרו-חלקיק שיוכל לספק את שני הטיפולים הללו, החוקרים שילבו ננו-גליונות מוליבדן דיסולפיד עם דוקסורוביצין, תרופה הידרופלית, או violacein, תרופה הידרופוביה. להכנת החלקיקים מערבבים מוליבדן דיסולפיד והכימותרפי עם פולימר שנקרא פוליקאפרולקטון ואז מיובשים לכדי סרט שניתן ללחוץ למיקרו-חלקיקים בצורות וגדלים שונים.
עבור מחקר זה, החוקרים יצרו חלקיקים מעוקבים ברוחב של 200 מיקרומטר. לאחר ההזרקה לאתר גידול, החלקיקים נשארים שם לאורך כל הטיפול. במהלך כל מחזור טיפול נעשה שימוש בלייזר כמעט אינפרא אדום חיצוני לחימום החלקיקים. לייזר זה יכול לחדור לעומק של כמה מילימטרים עד סנטימטרים, עם השפעה מקומית על הרקמה.
"היתרון של הפלטפורמה הזו הוא שהיא יכולה לפעול לפי דרישה באופן פועם", אומר קנלי. "נותנים את זה פעם אחת באמצעות זריקה תוך-גידולית, ואז באמצעות מקור לייזר חיצוני אפשר להפעיל את הפלטפורמה, לשחרר את התרופה, ובמקביל להשיג אבלציה תרמית של תאי הגידול".
כדי לייעל את פרוטוקול הטיפול, החוקרים השתמשו באלגוריתמים של למידת מכונה כדי להבין את כוח הלייזר, זמן ההקרנה והריכוז של החומר הפוטותרפי שיוביל לתוצאות הטובות ביותר.
זה הוביל אותם לתכנן מחזור טיפולי לייזר שנמשך כשלוש דקות. במהלך הזמן הזה, החלקיקים מחוממים לכ-50 מעלות צלזיוס, שהוא חם מספיק כדי להרוג תאי גידול. גם בטמפרטורה זו, מטריצת הפולימר בתוך החלקיקים מתחילה להימס, ומשחררת חלק מהתרופה הכימותרפית הכלולה במטריצה.
"מערכת הלייזר המותאמת ללימוד מכונה באמת מאפשרת לנו להפעיל כימותרפיה מקומית במינון נמוך על ידי מינוף חדירת הרקמות העמוקה של אור קרוב לאינפרא אדום לטיפול פוטותרמי פועם לפי דרישה. אפקט סינרגטי זה מביא לרעילות מערכתית נמוכה בהשוואה ל משטרי כימותרפיה קונבנציונליים", אומר Neelkanth Bardhan, מדען חוקר Break Through Cancer במעבדת בלכר, ומחבר שני של המאמר.
חיסול גידולים
החוקרים בדקו את הטיפול במיקרו-חלקיקים בעכברים שהוזרקו להם סוג אגרסיבי של תאים סרטניים מגידולי שד משולשים שליליים. לאחר שנוצרו גידולים, החוקרים השתילו כ-25 מיקרו-חלקיקים לכל גידול, ולאחר מכן ביצעו את טיפול הלייזר שלוש פעמים, עם שלושה ימים בין כל טיפול.
"זוהי הדגמה רבת עוצמה של התועלת של מערכות חומר המגיבות לאינפרא אדום", אומרת בלכר, שיחד עם ברדהאן עבדה בעבר על מערכות דימות קרוב לאינפרא אדום ליישומי אבחון וטיפול בסרטן השחלות. "שליטה בשחרור התרופה במרווחי זמן קצובים עם אור, לאחר מנה אחת בלבד של הזרקת חלקיקים, היא מחליף משחק לאפשרויות טיפול פחות כואבות ויכולה להוביל להיענות טובה יותר של המטופל."
בעכברים שקיבלו טיפול זה, הגידולים הושמדו לחלוטין, והעכברים חיו הרבה יותר מאלה שקיבלו כימותרפיה או פוטותרפיה בלבד, או ללא טיפול. גם עכברים שעברו את שלושת מחזורי הטיפול הצליחו הרבה יותר מאלה שקיבלו טיפול לייזר אחד בלבד.
הפולימר המשמש לייצור החלקיקים תואם ביולוגי וכבר אושר על ידי ה-FDA עבור מכשור רפואי. החוקרים מקווים כעת לבדוק את החלקיקים במודלים גדולים יותר של בעלי חיים, במטרה להעריך אותם בסופו של דבר בניסויים קליניים. הם מצפים שטיפול זה יכול להיות שימושי עבור כל סוג של גידול מוצק, כולל גידולים גרורתיים.
המחקר מומן על ידי קרן בודוסאקי, קרן אונאסיס, מלגת אונקולוגיה בינלאומית מזומדר-שו, מלגת המכון הלאומי לסרטן ומענק התמיכה של מכון קוך (הליבה) מהמכון הלאומי לסרטן.
