Forscher der University of Wisconsin-Madison haben Nanopartikel entwickelt, die im Labor Immunantworten auf Krebszellen aktivieren können. Wenn sich herausstellt, dass sie im Körper genauso gut funktionieren wie im Labor, könnten die Nanopartikel eine wirksame und kostengünstigere Methode zur Krebsbekämpfung darstellen.
Sie sind billiger herzustellen und einfacher zu konstruieren als die Antikörper, die den derzeitigen Immuntherapien zugrunde liegen, die als Medikamente Zehntausende von Dollar im Monat kosten.
"Im Grunde stärkt die Immuntherapie das eigene Immunsystem des Patienten, damit es Krebszellen besser bekämpfen kann", sagt Seungpyo Hong, Professor an der UW-Madison School of Pharmacy.„Die derzeit verwendeten Antikörper sind groß, sie sind teuer, sie sind schwer zu konstruieren und sie zeigen auch nicht immer die höchste Wirksamkeit. Deshalb wollten wir andere Möglichkeiten zur Aktivierung des Immunsystems erforschen."
Hong und sein Postdoktorand Woo-jin Jeong leiteten die Studie, die am 2. Januar online im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht wurde, mit Mitarbeitern an der University of Illinois in Chicago. Es ist die erste Demonstration, dass Nanopartikel als Immuntherapeutika wirken können.
Es bedarf weiterer Forschung, um ihre Wirksamkeit im Körper zu verstehen, aber Hong hat die neuen Nanopartikel zum Patent angemeldet und testet sie nun in Tiermodellen.
In Tests gegen im Labor gezüchtete Krebsstämme steigerten die Nanopartikel die Produktion des immunstimulierenden Proteins Interleukin-2 durch T-Zellen, eine Art von Immunzellen im Körper, um etwa 50 Prozent im Vergleich zu keiner Behandlung. Sie waren genauso wirksam wie Antikörper. Die Nanopartikel konnten in ähnlichen Tests auch die Wirksamkeit des Chemotherapeutikums Doxorubicin verbessern.
Normalerweise produzieren T-Zellen ein Protein namens PD-1, das wie ein Aussch alter für Immunantworten wirkt. Dieser "Checkpoint" hilft, T-Zellen davon abzuh alten, gesunde Zellen falsch anzugreifen.
Einige Krebszellen verstecken sich vor dem Immunsystem, indem sie Checkpoints auf T-Zellen austricksen. Sie ahmen gesunde Zellen nach, indem sie Proteine namens PD-L1 produzieren, die an den Aussch alter binden und Tumore vor aller Augen verbergen lassen. Mehrere Immuntherapien verwenden Antikörper – Proteine, die andere Proteine binden – entweder gegen PD-1 oder PD-L1, um diese Verbindung zu unterbrechen.
"Der Schlüssel hier ist, wenn Sie diese Bindung sehr effizient blockieren, können Sie jetzt die T-Zellen reaktivieren, sodass die T-Zellen anfangen, die Tumorzellen anzugreifen", sagt Hong.
Aber eine Kur mit diesen Antikörpern, die als Checkpoint-Inhibitoren bekannt sind, kann bis zu 100.000 Dollar kosten, weil reine Antikörper schwierig und teuer herzustellen sind. Wie diese Antikörper verkleben die von den Forschern entwickelten Nanopartikel das PD-L1 auf Krebszellen, sodass sie den Aussch alter auf T-Zellen nicht aktivieren können. Hongs Labor verwendete einen anderen Ansatz, um denselben Effekt zu erzielen.
Sie nahmen kleine Stücke oder Peptide des PD-1-Proteins und befestigten sie an verzweigten Nanopartikeln. Die Nanopartikel stabilisieren diese Peptide, sodass sie ähnlich wie das vollständige PD-1-Protein an PD-L1 auf den Krebszellen binden können. Sie haben auch viele Verzweigungen, sodass sie viele Kopien der PD-1-Peptide enth alten und stärker an PD-L1 binden können.
In Reagenzgläsern hafteten die Nanopartikel genauso stark an PD-L1 wie Antikörper in voller Größe. Eine starke Verbindung zwischen den Nanopartikeln und PD-L1 bedeutet, dass die Krebszellen diese Proteine nicht mehr verwenden können, um T-Zellen auszutricksen.
Sowohl die Peptide als auch die Nanopartikel, an denen sie befestigt sind, sind einfach und billig im Labor herzustellen. Und beide können leicht herumgebastelt und geändert werden, sodass zukünftige Forschungen sie möglicherweise optimieren können, um besser zu funktionieren, indem sie dieser frühen Proof-of-Concept-Studie folgen.
"Unter dem Strich haben wir diese Peptid-Nanopartikel-Plattform zum ersten Mal für die Immuntherapie entwickelt und eindeutige Beweise dafür gefunden, dass dieses System ein großes Potenzial hat", sagt Hong. "Wir freuen uns auf den nächsten Schritt."
