移植可能な微粒子は一度に 2 つのがん治療を提供できる

末期がんの患者は、さまざまな種類の治療を複数回受けなければならないことが多く、これにより望ましくない副作用が生じる可能性があり、必ずしも効果があるとは限りません。

これらの患者の治療選択肢を拡大することを期待して、MITの研究者らは腫瘍部位に移植できる微小粒子を設計し、そこで温熱療法と化学療法という2種類の治療法を提供した。

このアプローチは、化学療法を静脈内投与するときによく起こる副作用を回避できる可能性があり、2 つの治療法の相乗効果により、一度に 1 つの治療法を行うよりも患者の寿命を長く延ばす可能性があります。研究者らは、マウスを対象とした研究で、この治療法によりほとんどの動物の腫瘍が完全に除去され、生存期間が大幅に延長されたことを示しました。

「この特定の技術が役立つ例の 1 つは、非常に急速に増殖する腫瘍の増殖を制御しようとすることです」と、MIT コッホ統合癌研究所の主任研究員であるアナ ジャクレネック氏は述べています。 「目標は、実際には多くの選択肢がない患者のために、これらの腫瘍をある程度制御できるようにすることであり、これにより寿命が延びるか、少なくともこの期間中、より良い生活の質を過ごせるようになる可能性がある。」

ヤクレネック氏は、生物工学および材料科学工学のジェームス・メイソン・クラフト教授でコッホ研究所の会員であるアンジェラ・ベルチャー氏、MIT研究所の教授でコッホ研究所の会員であるロバート・ランガー氏とともに、この新しい研究の上級著者の一人である。コッホ研究所。元 MIT ポスドクの Maria Kanelli がこの論文の筆頭著者であり、この論文は本日ジャーナル ACS Nano に掲載されます。

進行腫瘍の患者は通常、化学療法、手術、放射線などの治療を組み合わせて受けます。光線療法は、外部レーザーで加熱された粒子を移植または注入して、他の組織に損傷を与えることなく近くの腫瘍細胞を死滅させるのに十分な温度まで上昇させる新しい治療法です。

臨床試験における光線療法への現在のアプローチでは、近赤外線にさらされると熱を放出する金ナノ粒子が利用されています。

MIT チームは、光線療法と化学療法を一緒に提供する方法を考え出したいと考えていました。これにより、患者にとって治療プロセスが楽になり、相乗効果も得られる可能性があると考えられました。彼らは、硫化モリブデンと呼ばれる無機材料を光線療法剤として使用することを決定しました。この材料はレーザー光を非常に効率的に熱に変換するため、低出力のレーザーを使用できます。

これらの両方の治療を実現できる微粒子を作成するために、研究者らは二硫化モリブデンのナノシートを親水性薬剤のドキソルビシン、または疎水性薬剤のビオラセインと組み合わせた。粒子を作るには、二硫化モリブデンと化学療法剤をポリカプロラクトンと呼ばれるポリマーと混合し、乾燥させてフィルムにし、圧縮してさまざまな形状やサイズの微粒子を生成します。

この研究のために、研究者らは幅 200 マイクロメートルの立方体粒子を作成しました。腫瘍部位に注入されると、粒子は治療中ずっとそこに残ります。各治療サイクル中、外部近赤外線レーザーを使用して粒子を加熱します。このレーザーは数ミリメートルからセンチメートルの深さまで浸透し、組織に局所的な影響を与えます。

「このプラットフォームの利点は、オンデマンドでパルス的に動作できることです」と Kanelli 氏は言います。 「腫瘍内注射によってこれを一度投与し、その後外部レーザー源を使用してプラットフォームを活性化し、薬剤を放出し、同時に腫瘍細胞の熱アブレーションを達成することができます。」

治療プロトコルを最適化するために、研究者らは機械学習アルゴリズムを使用して、最良の結果をもたらすレーザー出力、照射時間、光線療法剤の濃度を割り出しました。

これにより、約 3 分間続くレーザー治療サイクルを設計することができました。その間、粒子は摂氏約 50 度まで加熱されますが、これは腫瘍細胞を殺すのに十分な温度です。また、この温度では、粒子内のポリマーマトリックスが溶け始め、マトリックス内に含まれる化学療法薬の一部が放出されます。

「この機械学習に最適化されたレーザー システムにより、パルス性のオンデマンド光熱療法に近赤外光の深部組織浸透を活用することで、低用量の局所化学療法を展開できるようになります。この相乗効果により、従来のレーザー システムと比較して全身毒性が低くなります。従来の化学療法レジメンです」と、ベルチャー研究所のブレークスルーガン研究科学者であり、この論文の第二著者であるニールカンス・バルダン氏は言う。

研究者らは、トリプルネガティブ乳がん由来の悪性度の高いタイプのがん細胞をマウスに注射して、微粒子治療をテストした。腫瘍が形成されると、研究者らは腫瘍あたり約25個の微粒子を移植し、各治療の間に3日をあけてレーザー治療を3回実施した。

「これは、近赤外線応答性材料システムの有用性を示す強力な実証です」とベルチャー氏は言う。ベルチャー氏は、バルダン氏とともに、卵巣がんの診断および治療用途のための近赤外線イメージングシステムに以前から取り組んできた。 「わずか1回の粒子注射後に、光を使って一定の間隔で薬物放出を制御することは、痛みの少ない治療オプションにとって大きな変革であり、患者のコンプライアンスの向上につながる可能性があります。」

この治療を受けたマウスでは腫瘍が完全に消失し、化学療法や光線療法のみを行ったマウス、あるいは何も治療を受けなかったマウスよりもはるかに長生きした。また、3回の治療サイクルすべてを受けたマウスは、レーザー治療を1回だけ受けたマウスよりもはるかに良好な成績を収めました。

粒子の製造に使用されるポリマーは生体適合性があり、すでに医療機器として FDA に承認されています。研究者らは現在、粒子をより大きな動物モデルでテストし、最終的には臨床試験で評価することを目標としている。彼らは、この治療法が転移性腫瘍を含むあらゆる種類の固形腫瘍に役立つ可能性があると期待しています。

この研究は、ボドサキ財団、オナシス財団、マズムダール・ショー国際腫瘍学フェローシップ、国立がん研究所フェローシップ、および国立がん研究所からのコッホ研究所支援（コア）助成金によって資金提供されました。

カネリ M、バルダン NM、サルマディ M、エシャギ B、アルサイアリ SK、ロスウェル WT、パルデシ A、ヴァーシュニー D、デ フィエスタ DC、マック H、スパノウダキ V、ヘニング N、クマール A、ハン J、ベルチャー AM、ランガー R、ヤクレネックだれの。
乳がんモデルで近赤外線応答性 MoS2 ベースの微粒子を使用した拍動療法、光療法、および化学療法のための機械学習に最適化されたシステム。
ACSナノ。 2024 10 27.doi: 10.1021/acsnano.4c07843