Ultralyd og mikrobobler for mer effektiv kreftbehandling
Cellegift er tøft for kroppen. Nanoteknologi kan hjelpe oss til å levere cellegiften mer presist, sånn at friske celler ikke rammes like hardt.
Til tross for store fremskritt innen kreftforskning de siste tiårene, er kreft fortsatt en ledende dødsårsak. En vanlig del av dagens kreftbehandling er cellegift, enten alene eller i kombinasjon med andre behandlingsformer.
En utfordring i behandling med cellegift er at den sprer seg til hele kroppen og skader de friske cellene. Det fører til bivirkninger både under og etter behandling.
Sofie Snipstad. Foto: NTNU
Dette gjør også at svært lite av dosen når frem til svulsten. Mange forskere jobber derfor med å øke mengden cellegift som når frem til svulsten for å få bedre effekt og redusere eksponeringen av det friske vevet.
Nanopartikler for målrettet levering
Vi kan få mer målrettet levering av cellegift ved å kapsle den inn i nanopartikler.
Når nanopartiklene med medisin sprøytes inn i blodet, er nanopartiklene såpass store at de ikke slipper ut av blodårene i de fleste typer friskt vev. Dermed unngår vi at cellegiften skader friske celler.
Men i svulsten har blodårene porøse vegger fordi den vokser så raskt at blodårene ikke rekker å utvikle seg normalt. Disse porene gjør at nanopartiklene med medisin slipper inn til de kreftsyke cellene. På denne måten får vi fraktet mer medisin til svulsten.
Vi kan få mer målrettet levering av cellegift ved å kapsle den inn i nanopartikler.
Nanopartiklene kan også beskytte medisinen fra for tidlig nedbrytning og sørge for den innkapslede cellegiften frigis kontrollert over lengre tid.
I tillegg kan vi kapsle inn kombinasjoner av cellegift som vi vet vil virke godt sammen. For at behandlingen skal være effektiv, er det avgjørende at medisinen når ut til hele svulsten. Dessverre ser vi at nanopartiklene ofte bare når ut til de kreftcellene som ligger nærmest blodårene.
Barrierer for levering av cellegift
Å levere medisin til kreftsvulster er en stor utfordring på grunn av flere barrierer. Det gjelder både for fri cellegift, nanopartikler, antistoffer, gener, immunceller og andre typer medisiner.
Å levere medisin til kreftsvulster er en stor utfordring på grunn av flere barrierer.
Dårlig utviklet blodårenettverk gjør transporten til svulsten ineffektiv. Hvor mye medisin som klarer å krysse blodåreveggen og trenge ut i vevet varierer sterkt. En høy tetthet av kreftceller og bindevev gjør det vanskelig for medisinene å penetrere bort fra blodårene.
Mange medisiner må i tillegg krysse cellemembranen for å komme inn i cellene der de kan virke.
Ultralyd og mikrobobler
For å overvinne disse barrierene kan vi bruke mikrobobler i kombinasjon med ultralyd.
Mikrobobler brukes vanligvis som kontrastmiddel for ultralydavbildning. Disse boblene absorberer energi fra og vibrerer i takt med ultralydbølgen, og sender ekko tilbake som vi kan detektere.
For å overvinne disse barrierene kan vi bruke mikrobobler i kombinasjon med ultralyd.
Slike såkalt “volumetriske vibrasjoner” fra bobler i blodårene kan også utnyttes til terapeutiske formål ved å bruke ultralyd med andre frekvenser, pulslengder og/eller trykk.
Når boblene ankommer svulsten vil ultralydbølgene få boblene til å vibrere og etter hvert sprekke. Det masserer blodårene og omkringliggende vev. Dette gjør de biologiske barrierene mer gjennomtrengelige. Dette igjen fører til økt akkumulering av ulike typer medisin lokalt i svulsten, og at medisinen transporteres lenger vekk fra blodårene som illustrert i figuren under.
Figuren viser en skjematisk blodåre med mikrobobler og nanomedisin. I det friske vevet slipper ikke nanomedisinen ut av blodårene. Kreftvevet behandles med ultralyd som vil få mikroboblene til å vibrere. Disse vibrasjonene masserer vevet slik at det dannes flere porer i blodåreveggen, og dytter nanomedisinen ut av blodårene og videre ut i svulsten. Illustrasjon: Sofie Snipstad, NTNU
På vei inn i klinikken
Metoden har vist seg å være lovende i en rekke prekliniske forsøk i mus, hvor det er observert mer effektiv behandling av svulster og økt overlevelse hos dyrene (1A 1B 1C 1D).
Med bakgrunn i disse lovende resultatene er det startet flere kliniske forsøk hvor teknologien prøves ut i pasienter (2A 2B 2C 2D 2E 2F 2G 2H 2I 2J).
Den første studien ble gjennomført i Bergen, og viste lovende resultater for pasienter med kreft i bukspyttkjertelen. Andre kliniske studier med ulike typer kreft planlegges eller pågår også i Trondheim, Bergen, Oslo, samt flere steder i Europa, Asia, USA og Canada.
Veien videre
For å videreutvikle metoden, og gjøre den både sikker og mer effektiv, jobber vi og andre forskningsgrupper nå med å forstå de underliggende virkningsmekanismene.
- Hvordan påvirkes mikromiljøet i svulsten av behandlingen med mikrobobler og ultralyd?
- Hvordan påvirker behandlingen blodstrømmen, og transporten av medisin over blodåreveggen og gjennom vevet?
Slik kunnskap er nødvendig for at metoden kan bli best mulig, og brukes til behandling bare for de svulstene og pasientene som vi forventer skal respondere godt.
Ultralyd er ikke-invasivt, og kan fokuseres for å behandle et lokalisert område inne i kroppen uten å påvirke omkringliggende vev. Dermed kan det brukes på flere ulike typer kreft. Vi jobber derfor nå spesielt med aggressive krefttyper som har svært dårlig prognose.
I tillegg sammenligner vi ulike typer mikrobobler. Vi ser både på dem som er utviklet for diagnostikk, men også bobler som er skreddersydde for terapeutiske formål. I tillegg utvikles det ultralydutstyr spesielt for behandlingsformål.
Også for behandling av hjernesykdommer
Blodårenettverket i hjernen er ganske ulikt fra det i svulster. Hjernen er godt beskyttet fra alle stoffer i blodet ved hjelp av det som kalles blod-hjerne barrieren. Denne barrieren slipper bare inn akkurat det hjernecellene våre trenger.
På grunn av blod-hjerne barrieren er det svært vanskelig å levere medisin til hjernen. For mange sykdommer finnes det derfor enda ingen behandling.
Men ved bruk av mikrobobler og ultralyd er det mulig å åpne opp denne barrieren og levere medisin til hjernecellene (3A 3B 3C).
Denne kunnskapen kan være nyttig for behandling av for eksempel kreft i hjernen. Vi tror også at dette kan gi håp for en skånsom behandling av andre alvorlige sykdommer i hjernen, for eksempel ved nevrodegenerative sykdommer.
Denne bloggen ble første gang publisert hos forskning.no.
