טיפול חדשני בסרטן משתמש בתרופות המופעלות באולטרסאונד לצורך מיקוד

טיפול חדשני בסרטן מבית Caltech משתמש בתרופות המופעלות באולטרסאונד לטיפול ממוקד, הפחתת תופעות הלוואי ושיפור היעילות.

כימותרפיה כטיפול בסרטן הוא אחד מסיפורי ההצלחה הרפואיים המרכזיים של המאה ה-20, אך הוא רחוק מלהיות מושלם. כל מי שעבר כימותרפיה או שחבר או אהוב עבר אותה, יכיר את תופעות הלוואי הרבות שלה: נשירת שיער, בחילות, חלשה של מערכת החיסון ואפילו אי פוריות ונזק עצבי.

הסיבה לכך היא שתרופות כימותרפיות הן רעילות. הם נועדו להרוג תאים סרטניים על ידי הרעלתם, אך מכיוון שתאי סרטן נובעים מתאי בריא ודומים להם באופן מהותי, קשה ליצור תרופה שהורגת אותם מבלי לפגוע גם ברקמה בריאה.

פריצת דרך במתן תרופות ממוקדות

אבל עכשיו זוג צוותי מחקר של Caltech יצרו סוג חדש לגמרי של מערכת מתן תרופות, כזו שלדבריהם עשויה סוף סוף לתת לרופאים את היכולת לטפל בסרטן בצורה ממוקדת יותר. המערכת משתמשת בתרופות המופעלות על ידי אולטרסאונד – ורק היכן שהן נחוצות בגוף.

המערכת פותחה במעבדותיהם של מקסוול רוב, עוזר פרופסור לכימיה, ומיכאיל שפירו, מקס דלבריק פרופסור להנדסה כימית והנדסה רפואית וחוקר המכון הרפואי הווארד יוז. במאמר שפורסם בכתב העת הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים, החוקרים מראים כיצד שילבו אלמנטים מכל אחת מההתמחויות שלהם כדי ליצור את הפלטפורמה.

בשיתוף פעולה, שני צוותי המחקר התחתנו עם שלפוחיות גז (כמוסות מלאות באוויר של חלבון שנמצאות בחלק מהחיידקים) ומכאנופורים (מולקולות שעוברות שינוי כימי כשהן נתונות לכוח פיזי). המעבדה של שפירו השתמשה בעבר בשלפוחיות גז בשילוב עם אולטרסאונד כדי לצלם תאים בודדים ולהזיז תאים במדויק. המעבדה של רוב, מצידה, יצרה מכנופורים שמשנים את צבעם בעת מתיחה, מה שהופך אותם לשימושיים לזיהוי מתח במבנים, ומכאנופורים אחרים שיכולים לשחרר מולקולה קטנה יותר, כולל תרופה, בתגובה לגירוי מכני. עבור העבודה החדשה, הם המציאו דרך להשתמש בגלי אולטרסאונד כגירוי זה.

Mechanophores המופעלים באולטרסאונד

"חשבנו על זה ממש הרבה זמן", אומר רוב. "זה התחיל כשהגעתי לראשונה לקלטק ולמיכאיל והתחלתי לנהל שיחות על ההשפעות המכניות של אולטרסאונד".

כשהחלו לחקור את השילוב של מכנופורים ואולטרסאונד, הם גילו בעיה: אולטרסאונד יכול להפעיל את המכנופורים, אבל רק בעוצמה כל כך חזקה שהוא פגע גם ברקמות שכנות. מה שהחוקרים היו צריכים זה דרך למקד את האנרגיה של האולטרסאונד בדיוק היכן שהם רצו אותה. התברר שטכנולוגיית שלפוחית ​​הגז של שפירו סיפקה את הפתרון.

בעבודתו הקודמת, שפירא עשה שימוש בנטייתן של השלפוחיות לרטוט או "לצלצל" כמו פעמון כשהן מופצצות בגלי אולטרסאונד. במחקר הנוכחי, לעומת זאת, השלפוחיות מופעלות כל כך חזק שהן נשברות, מה שממקד את אנרגיית האולטרסאונד. השלפוחיות הופכות למעשה לפצצות זעירות שהפיצוצים שלהן מפעילים את המכנופור.

"הפעלת כוח באמצעות אולטרסאונד מסתמכת בדרך כלל על תנאים אינטנסיביים מאוד המעוררים התפרצות של בועות גז זעירות מומסות", אומרת מולי מקפאדן (PhD '23), מחברת שותפה למחקר. "ההתמוטטות שלהם היא מקור הכוח המכני שמפעיל את המכנופור. לשלפוחיות יש רגישות מוגברת לאולטרסאונד. באמצעותם, מצאנו שניתן להשיג את אותה הפעלה של מכנופור באולטרסאונד חלש בהרבה."

פוטנציאל עתידי והשלכות

Yuxing Yao, עמית מחקר פוסט-דוקטורט במעבדה של שפירו, אומר שזו הפעם הראשונה שאולטרסאונד ממוקד הצליח לשלוט בתגובה כימית ספציפית בסביבה ביולוגית.

"בעבר השתמשו באולטרסאונד כדי לשבש דברים או להזיז דברים", אומר יאו. "אבל עכשיו זה פותח לנו את הנתיב החדש הזה באמצעות מכנוכימיה."

עד כה, הפלטפורמה נוסתה רק בתנאי מעבדה מבוקרים, אך בעתיד מתכננים החוקרים לבדוק אותה באורגניזמים חיים.

מחברים שותפים נוספים הם הסטודנטית לתואר שני בכימיה, סטלה מ. לואו ורוס וו. ברבר (PhD '23); אלין קאנג (ב"ש 23'); אבינועם בר-ציון, לשעבר ב-Caltech וכיום בטכניון-המכון הטכנולוגי בישראל; קמרון א.ב סמית', מתאמן במלגת פוסט-דוקטורט בהנדסה כימית; סטודנט לתואר שני בהנדסה רפואית Zhiyang Jin (MS '18); סטודנט לתואר שני בהנדסה כימית, מארק לג'נדר; ביל לינג (PhD '23), עמית מחקר פוסט-דוקטורט בהנדסה כימית; דינה מאלונדה מהמכון הרפואי הווארד יוז; סטודנטים לתואר ראשון של קלטק אנדריאה טורס וטיבה חמזה; וצ'לסי ER Edwards, לשעבר מ-Caltech, כיום ב-UC סנטה ברברה.

המימון למחקר ניתן על ידי קרן ארנולד ומייבל בקמן, קרן דיוויד ולוסייל פקארד, מכון רזניק לקיימות, המכון ל

ביוטכנולוגיות שיתופיות, והמכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית של המכונים הלאומיים לבריאות.

מיכאיל שפירו הוא חבר סגל מסונף במכון טיאנקיאו וכריסי צ'ן למדעי המוח.