חוקרים מאירים אור על מרכזי האנרגיה של תאים סרטניים – פשוטו כמשמעו – כדי לפגוע במקורות הכוח הללו ולעורר מוות נרחב של תאי סרטן.
במחקר חדש, מדענים שילבו אסטרטגיות למתן טיפול גנטי משבש אנרגיה באמצעות ננו-חלקיקים שיוצרו עד לאפס רק על תאים סרטניים. ניסויים הראו שהטיפול הממוקד יעיל בכיווץ גידולי מוח גליובלסטומה וגידולי סרטן שד אגרסיביים בעכברים.
צוות המחקר התגבר על אתגר משמעותי לשבור מבנים בתוך מרכזי האנרגיה התאיים הללו, הנקראים מיטוכונדריה, באמצעות טכניקה המשרה זרמים חשמליים המופעלים על ידי אור בתוך התא. הם קראו לטכנולוגיה mLumiOpto.
אנו משבשים את הממברנה כך שהמיטוכונדריה לא יכולה לעבוד פונקציונלית כדי לייצר אנרגיה או לעבוד כמרכז איתות. זה גורם למוות מתוכנת של תאים ואחריו נזק ל-DNA – החקירות שלנו הראו ששני המנגנונים האלה מעורבים והורגים את התאים הסרטניים. כך עובדת הטכנולוגיה בעיצובה".
לופאנג ג'ואו, מחבר מוביל משותף, פרופסור להנדסה ביו-רפואית וכירורגיה באוניברסיטת אוהיו סטייט
ג'ואו שיתף פעולה במחקר עם הסופרת המובילה X. מרגרט ליו, פרופסור להנדסה כימית וביו-מולקולרית במדינת אוהיו, שפיתחה את החלקיקים המשמשים להעברה מדויקת של הטיפול הגנטי לתאים סרטניים. ג'ואו וליו הם גם חוקרים ב-The Ohio State University Comprehensive Cancer Center.
המחקר מופיע בגיליון דצמבר של כתב העת חקר הסרטן.
מיטוכונדריה, היצרניות העיקריות של אנרגיה שמזינה את תפקודי התא, נחשבות למטרה טיפולית אנטי-סרטנית אטרקטיבית במשך שנים, אך הממברנה הפנימית הבלתי-חדירה שלהן מסבכת מאמצים אלה. המעבדה של ג'ואו פיצחה את הקוד לפני חמש שנים בכך שגילתה כיצד לנצל את הפגיעות של הממברנה הפנימית – הפרש מטען חשמלי ששומר על מבנהו שלם ומתפקד על המסלול.
"ניסיונות קודמים להשתמש בריאגנט תרופתי נגד מיטוכונדריה כוונו למסלולי פעילות ספציפיים בתאים סרטניים", אמר. "הגישה שלנו מכוונת ישירות למיטוכונדריה, תוך שימוש בגנים חיצוניים כדי להפעיל תהליך שהורג תאים. זה יתרון, והראינו שאנחנו יכולים להשיג תוצאה טובה מאוד בהריגת סוגים שונים של תאים סרטניים".
מחקרי תאים מוקדמים יותר של ג'ואו הראו שהממברנה הפנימית של המיטוכונדריה יכולה להישבש על ידי חלבון שיוצר זרמים חשמליים, וחוקרים הפעילו את החלבון המושרה על ידי אור בלייזר. בעבודה חדשה זו, הצוות יצר מקור פנימי של אור – המפתח לתרגום הטכנולוגיה לשימוש קליני.
האסטרטגיה כוללת אספקת מידע גנטי לשני סוגים של מולקולות: חלבון רגיש לאור המכונה CoChR שיכול לייצר זרמים טעונים חיובית, ואנזים פולט ביו-אור. ארוזים לתוך חלקיק וירוס שונה ומועברים לתאי סרטן, החלבונים מיוצרים כאשר הגנים שלהם מתבטאים במיטוכונדריה. הזרקת המשך של כימיקל מסוים מדליקה את האור של האנזים כדי להפעיל את CoChR, מה שמוביל להתמוטטות המיטוכונדריה.
החצי השני של הקרב הוא להבטיח שהטיפול הזה לא יפריע לתאים נורמליים.
המעבדה של ליו מתמחה בפיתוח טיפול ממוקד נגד סרטן. הבסיס למערכת האספקה בעבודה זו הוא הנגיף המאופיין היטב באדנו-אסוציאציה (AAV), וירוס זיהומי מינימלי שהונדס לשאת גנים ולקדם את ביטוים למטרות טיפוליות.
הצוות שיכלל את המערכת כדי לשפר את הספציפיות הסרטנית שלה על ידי הוספת חלבון מקדם כדי להגביר את הביטוי של ה-CoChR והאנזים הביולוגי רק בתאי סרטן. החוקרים גם ייצרו את ה-AAV באמצעות תאים אנושיים שעטפו את הנגיף עמוס הגנים בתוך ננו-נשא טבעי הדומה לשלפוחיות חוץ-תאיות שמסתובבות בדם אנושי ובנוזלים ביולוגיים.
"מבנה זה מבטיח יציבות בגוף האדם מכיוון שחלקיק זה מגיע מקו תאים אנושי", אמר ליו.
לבסוף, החוקרים פיתחו וצירפו לחלקיק המסירה נוגדן חד שבטי שנועד לחפש קולטנים על משטחי תאים סרטניים.
"נוגדן חד שבטי זה יכול לזהות קולטן ספציפי, כך שהוא מוצא תאים סרטניים ומספק את הגנים הטיפוליים שלנו. השתמשנו במספר כלים כדי לאשר את ההשפעה הזו", אמרה. "לאחר בניית AAVs עם מקדם ספציפי לסרטן וננו-חלקיק מכוון לסרטן, מצאנו שהטיפול הזה חזק מאוד לטיפול במספר סוגי סרטן."
ניסויים במודלים של עכברים הראו כי אסטרטגיית הריפוי הגנטי הפחיתה משמעותית את עומס הגידול בהשוואה לבעלי חיים לא מטופלים בשני סוגי סרטן שצומחים במהירות וקשים לטיפול: סרטן מוח גליובלסטומה וסרטן שד משולש שלילי. בנוסף לכיווץ הגידולים, הטיפול האריך את ההישרדות של עכברים עם גליובלסטומות.
מחקרי הדמיה בבעלי חיים אישרו גם שהשפעות הטיפול הגנטי מוגבלות לרקמות סרטן ואינן ניתנות לזיהוי ברקמה רגילה. התוצאות הצביעו עוד על כך שלחיבור הנוגדן החד שבטי היה יתרון נוסף של גרימת תגובה חיסונית נגד תאים סרטניים במיקרו-סביבה של הגידול.
הצוות בוחן השפעות טיפוליות פוטנציאליות נוספות של ה-mLumiOpto בגליובלסטומה, סרטן שד משולש שלילי וסוגי סרטן אחרים. מדינת אוהיו הגישה בקשת פטנט זמנית עבור הטכנולוגיות.
מחקר זה נתמך על ידי משרד ההגנה האמריקאי והמכוני הבריאות הלאומיים.
קאי צ'ן מהמעבדה של ליו ופטריק ארנסט מהמעבדה של ג'ואו היו מחברי המחקר הראשונים. מחברים נוספים היו Anusua Sarkar, Seulhee Kim, Yingnan Si, Tanvi Varadkar ומת'יו רינגל, כולם ממדינת אוהיו.
