Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Selektywne zabijanie nowotworu ultradźwiękami. Nowa metoda nie uszkadza zdrowych komórek

Recommended Posts

Fale dźwiękowe o niskiej intensywności mogą selektywnie zabijać komórki nowotworowe, nie uszkadzając przy tym zdrowej tkanki. Dotychczas w onkologii używano ultradźwięków o wysokiej intensywności, za pomocą których podgrzewa się komórki do wysokiej temperatury. Ta metoda zabija jednak wszystkie komórki na danym obszarze.

Badania nad wykorzystaniem pulsujących ultradźwięków o niskiej intensywności (low-intensity pulsed ultrasound – LIPUS) rozpoczęły się przed pięcioma laty na California Institute of Technology (Caltech). Wtedy to profesor Michael Ortiz zzaczł się zastanawiać, czy fizyczne różnice pomiędzy komórkami nowotworowymi a zdrowymi – ich wielkość, grubość ściany komórkowej czy rozmiary struktur wewnętrznych – mogą wpłynąć na to, w jaki sposób wibrują pod wpływem ultradźwięków i czy w ten sposób można zabić komórkę nowotworową.

Ortiz stworzył więc model matematyczny, za pomocą którego badał, jak komórki będą reagowały na ultradźwięki o róznej częstotliwości. W 2016 roku naukowiec poinformował, że istnieją różnice w rezonansie pomiędzy komórkami zdrowymi i nowotworowymi. Te różnice oznaczały, że – przynajmniej teoretycznie – precyzyjnie dobierając częstotliwość fali dźwiękowej, można wprowadzić komórki nowotworowe w taki rezonans, że ich ściany ulegną zniszczeniu. Jednocześnie zaś nie będzie to szkodziło zdrowym komórkom. Ortiz nazwał cały proces onkotripsją, od greckich słów ὄγκος (guz) i τρίβω (ścieram).

Uczony, podekscytowany uzyskanymi wynikami, zaprosił do współpracy kilu innych naukowców z Caltechu, w tym wynalazcę Mory'ego Ghariba, który specjalizuje się w technologiach medycznych i ich komercjalizacji, współpracującego z nim doktoranta Davida Mittelsteina, pracującego nad różnymi protezami czy eksperta od ultradźwięków profesora Mikhaila Shapiro. Do grupy dołączyło też kilku ekspertów w dziedzinie onkologii. Gdy usłyszałem o tym pomyśle, byłem zaintrygowany. Jeśli to się powiedzie, powstanie rewolucyjna metoda walki z nowotworami, mówi profesor Peter P. Lee, dyrektor Wydziału Immunoterapii Onkologicznej w City of Hope, centrum badawczym w Duarte.

Naukowcy zbudowali prototypowe urządzenie i rozpoczęli testy. Badali różne typy komórek nowotworowych, poddając je ultradźwiękom o różnej częstotliwości. Sprawdzali też, w jaki sposób częstotliwości te wpływają na zdrową tkankę.

Profesor Lee mówi, że celem zespołu jest nie tylko zabijanie komórek nowotworowych, ale też przywabienie na miejsce zniszczonego guza komórek układu odpornościowego, by zabiły one te komórki, które przeżyły terapię ultradźwiękami. Guzy nowotworowe są heterogeniczne. Jest niemal niemożliwe znalezienie takiej częstotliwości dźwięku, by zabił on wszystkie komórki pojedynczego guza. Jeśli jakieś komórki przetrwają, to guz odrośnie, mówi Lee. Stąd potrzeba zaangażowania w terapii również układu odpornościowego.

Każdego dnia w organizmie człowieka giną dziesiątki milionów komórek. Większość z nich umiera w wyniku naturalnego procesu zwanego apoptozą. Bywa jednak i tak, że komórki giną w wyniku infekcji czy zranienia. Układ odpornościowy potrafi odróżnić apoptozę od zranienia. Ignoruje śmierć komórki w wyniku apoptozy, gdy jednak komórka ginie w wyniku infekcji, komórki układu odpornościowego zjawiają się na miejscu, by walczyć z patogenami.

Grupa Ortiza ma zamiar stworzyć taki system ultradźwiękowy, by układ odpornościowy otrzymywał informację, że doszło do śmierci komórek w wyniku ich uszkodzenia. To spowodowałoby mobilizację limfocytów, które po przybyciu na miejsce zabiją, jak mają naukowcy nadzieję, pozostałe przy życiu komórki nowotworowe.

Na razie udane eksperymenty przeprowadzono na różnego typu komórkach hodowanych w laboratorium. Na ich podstawie udoskonalono prototypowe urządzenie do ultrasonografii. Dowiadujemy się coraz więcej na temat tego, jak wibrują poszczególne rodzaje komórek nowotworowych i jak pojawiają się u nich uszkodzenia, stwierdzają uczeni. W następnym etapie badań mają zamiar sprawdzić, jak system ultradźwiękowy poradzi sobie z całymi guzami nowotworowymi. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, w przyszłości rozpoczną się testy na zwierzętach, a później na ludziach.

Szczegóły badań ukazały się na łamach Applied Physics Letters, w artykule zatytułowanym Selective ablation of cancer cells with low intensity pulsed ultrasound.


« powrót do artykułu
  • Like (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      W 2017 roku Gregory Poore przeczytał w Science artykuł, którego autorzy opisywali mikroorganizmy obecne u pacjentów z nowotworami trzustki i informowali, że mikroorganizmy te rozkładają lek powszechnie stosowany przy leczeniu tego rodzaju nowotworu. Młodego naukowca zaintrygował wówczas pomysł, że wirusy i bakterie mogą mieć większy niż się sądzi udział w rozwoju nowotworów.
      Teraz Poore jako doktorant w University of California San Diego School of Medicine, pisze doktorat pod kierunkiem profesora Roba Knighta, dyrektora Center for Microbiome Innovation. Poore i Knight wraz z interdyscyplinarnym zespołem współpracowników stworzyli nowatorką metodę identyfikacji chorych na nowotwory. Ich metoda pozwala też często stwierdzić, jaki rodzaj nowotworu ma konkretna osoba. Diagnoza jest stawiana na podstawie analizy wzorców wirusowego i bakteryjnego DNA obecnych w krwi pacjenta.
      Dotychczas niemal zawsze uznawano, że guzy nowotworowe to środowisko sterylne i nie brano pod uwagę złożonych wzajemnych wpływów pomiędzy komórkami nowotworowymi, bakteriami, wirusami i innymi mikroorganizmami zamieszkującymi nasze ciała, mówi Knight. W naszych ciałach mamy więcej genów różnych mikroorganizmów niż naszych własnych genów, więc nic dziwnego, że na ich podstawie możemy zdobyć istotne informacje dotyczące naszego zdrowia, dodaje uczony.
      Naukowcy najpierw skorzystali z The Cancer Genome Atlas. To baza danych prowadzona przez amerykański Narodowy Instytut Raka i prawdopodobnie największa na świecie gaza zawierająca informacje na temat genów mikroorganizmów znalezionych z ludzkich guzach nowotworowych.
      Naukowcy mieli tam dostęp do 18 116 próbek guzów pobranych od 10 481 pacjentów z 33 rodzajami nowotworów. Zespół Knighta i Poore'a przeanalizował te dane w poszukiwaniu wzorców. Obok wzorców znanych, takich jak np. związek wirusa brodawczaka ludzkiego z rakiem szyjki macicy czy związek między Fusobacterium, a nowotworami układu pokarmowego, zauważono inne sygnatury mikroorganizmów, które były specyficzne dla różnych nowotworów. Stwierdzono np. że obecność Faecaliabacterium jest tym, co odróżnia raka jelita grubego od innych nowotworów.
      Na podstawie tych danych naukowcy wytrenowali setki modeli do maszynowego uczenia się i sprawdzali, czy są one w stanie powiązać wzorce genomu mikroorganizmów z konkretnymi nowotworami. Okazało się, że komputery są w stanie postawić diagnozę na podstawie samych tylko danych z genomu mikroorganizmów znalezionego we krwi pacjenta.
      W kolejnym etapie badań naukowcy usunęli z bazy dane dotyczące III i IV stopnia rozwoju nowotworów. Mimo to modele komputerowe nadal stawiały prawidłową diagnozę, co oznacza, że były w stanie odróżnić nowotwory na wcześniejszych etapach rozwoju. Jakby tego było mało, modele działały nawet wówczas, gdy z wykorzystywanej przez nie bazy usunięto ponad 90% danych.
      Uczeni postanowili pójść o krok dalej i sprawdzić, czy modele te przydadzą się do rzeczywistego diagnozowania chorych. W testach wzięło udział 59 pacjentów z nowotworem prostaty, 25 z nowotworem płuc i 16 z czerniakiem. Plazmę z krwi każdego z tych pacjentów porównano z innymi oraz z 69 zdrowymi osobami z grupy kontrolnej. Okazało się, że w większości przypadków modele były w stanie odróżnić osobę z nowotworem od osoby zdrowej. Komputery prawidłowo zidentyfikowało 86% osób z nowotworami płuc i 100% osób, których płuca były zdrowe. Często też były w stanie odróżnić typy nowotworów. Na przykład nowotwory płuc były w 81% przypadków prawidłowo odróżniane od nowotworu prostaty.
      Możliwość uzyskanie z jednej fiolki krwi profilu DNA guza i profilu DNA mikrobiomu pacjenta to ważny krok w kierunku lepszego zrozumienia interakcji pomiędzy gospodarzem a nowotworem, mówi onkolog Sandip Pravin. Takie narzędzie może w przyszłości pozwolić nie tylko na prostszą i szybszą diagnostykę nowotworów, ale również na śledzenie postępów choroby.
      Zanim jednak tego typu metoda wejdzie do użytku, konieczne będzie pokonanie wielu przeszkód. Przede wszystkim trzeba by ją przetestować na dużej grupie pacjentów. Ponadto konieczne będzie stworzenie definicji tego, jak wygląda skład genomu mikroorganizmów u zdrowych ludzi. Ponadto trzeba stworzyć metodę odróżniania, które z sygnatur genetycznych pochodzą od aktywnych mikroorganizmów, a które od nieaktywnych.
      Sami naukowcy już mówią, że sama diagnostyka to dopiero początek możliwości. Lepsze zrozumienie tego, w jaki sposób  wraz z rozwojem różnych nowotworów zmienia się populacja mikroorganizmów zamieszkujących nasze ciała, może otworzyć nowe możliwości terapeutyczne. Moglibyśmy dowiedzieć się, co te mikroorganizmy naprawdę robią, a może nawet zaprząc je do pracy przy zwalczaniu nowotworów.
      Ze szczegółowymi informacjami można zapoznać się na łamach Nature.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Bifidobacteria - bakterie mikrobiomu - akumulują się w guzach nowotworowych i zwiększają skuteczność immunoterapii u myszy. Wyniki, które opisano na łamach Journal of Experimental Medicine (JEM), sugerują, że w przyszłości leczenie chorych onkologicznie tymi bakteriami może zwiększyć ich reakcję na terapię przeciwciałami anty-CD47.
      Obecność CD47 na komórkach nowotworowych hamuje ich fagocytozę. Hamowanie tego białka mogłoby pozwolić układowi odpornościowemu pacjenta zaatakować i zniszczyć guz. Obecnie przeciwciała anty-CD47 są testowane w ramach licznych testów klinicznych. Badania na myszach laboratoryjnych dawały jednak mieszane rezultaty: niektóre gryzonie reagowały na terapię, inne nie.
      By ustalić, czy skuteczność terapii zależy od mikrobiomu jelitowego myszy, naukowcy UT Southwestern i Uniwersytetu w Chicago posłużyli się myszami typu dzikiego z 2 instytucji: Jackson Laboratory (Jax) i Taconic Biosciences (Tac); wcześniej zauważono, że mają one unikatową mikroflorę jelitową, która przyczynia się do unikatowych sygnatur immunologicznych.
      Amerykanie zaobserwowali, że myszy Jax z guzem reagowały na blokadę CD47, a myszy Tac nie. Chcąc ustalić, czy reakcja na immunoterapię anty-CD47 zależy do mikroflory jelitowej, naukowcy kohodowali wszystkie zwierzęta przez 3 tygodnie. Okazało się, że później obie grupy podobnie odpowiadały na blokadę CD47. To pokazuje, że transfer bakterii komensalnych od myszy reagujących (Jax) - oralnie albo przez kontakt fizyczny - pozwala uzyskać reakcje przeciw guzowi u gryzoni wcześniej niereagujących.
      W kolejnym etapie eksperymentu przed zaszczepieniem guza myszom Jax i Tac podano koktajl z antybiotyków. Stwierdzono, że myszy Jax nie reagowały na terapię anty-CD47.
      By w jeszcze inny sposób potwierdzić znaczenie mikrobiomu, Amerykanie wykorzystali myszy nieposiadające flory bakteryjnej, tzw. myszy akseniczne (ang. germ free mice, GF). One także nie reagowały na terapię przeciwciałami anty-CD47.
      Podanie antybiotyków wpływało na społeczności bakteryjne z różnych części organizmu. Antynowotworowa skuteczność immunoterapii anty-CD47 bazuje zaś na niemal całkowitej blokadzie CD47 w mikrośrodowisku guza (chodzi o wyłączenie oddziaływań systemowych i ograniczenie ich do mikrośrodowiska guza). By określić lokalizację antynowotworowych oddziaływań bakterii wchodzących w interakcję z blokadą CD47, zespół podawał więc niewielkie dawki antybiotyków bezpośrednio do tkanki guza. Doguzowe iniekcje zmniejszały skuteczność terapii anty-CD47 u reagujących wcześniej myszy.
      Bifidobacteria migrują do guzów i aktywują szlak zależny od STING (STING, od ang. stimulator of interferon genes, to białko stymulujące geny interferonu). Skutkuje to produkcją cząsteczek sygnałowych i aktywacją komórek odpornościowych. W połączeniu z terapią anty-CD47 te aktywowane komórki mogą atakować i niszczyć otaczający guz.
      Ekipa podkreśla, że gdy u myszy niereagujących zastosowano suplementację bifidobakteriami, leczenie anty-CD47 stało się skuteczne. Warto przypomnieć, że wcześniejsze badania zademonstrowały, że Bifidobacteria wpływają korzystnie na chorych z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego.
      Nasze studium pokazuje, że kolonizując guz, specyficzni reprezentanci mikrobiomu jelitowego zwiększają przeciwnowotworową skuteczność terapii anty-CD47. Podanie specyficznych gatunków bakterii albo ich opracowanych w laboratorium wersji może być nową strategią modulowania różnych [form] immunoterapii - podkreśla Yang-Xin Fu.
      Nasze wyniki otwierają nową ścieżkę badań nad wpływem bakterii z guzów. Mogą pomóc w wyjaśnieniu, czemu niektórzy pacjenci nie reagują na immunoterapię - podsumowuje Ralph R. Weichselbaum.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Kwasy tłuszczowe omega-3 nie chronią przed nowotworami, wynika z metaanalizy przeprowadzonej przez naukowców w University of East Anglia. Tymczasem spożycie tych tłuszczów jest szeroko promowane, gdyż mają chronić przed nowotworami, chorobami serca i udarami.
      Tomczasem analiza dwóch dużych studiów wykazała, że suplementacja kwasami omega 3 może nieco zmniejszyć ryzyko choroby niedokrwiennej serca i zgonu z nią związanego, ale nieco zwiększyć ryzyko nowotworu prostaty.
      Z badań wynika, że jeśli 1000 osób będzie przez 4 lata wzbogacało swoją dietę o kwasy omega-3, to w tym czasie 3 osoby mniej umrą na chorobę serca, sześć osób mniej doświadczy ataku serca lub podobnego wydarzenia, ale u 3 dodatkowych osób rozwinie się nowotwór prostaty. Wyniki badań opublikowano na łamach British Journal of Cancer oraz Cochrane Database of Systematic Reviews.
      W ramach analizy naukowcy przyjrzeli się wynikom 47 badań, w których brali udział dorośli, którzy nigdy nie mieli nowotworów, byli narażeni na zwiększone ryzyko nowotworu oraz już wcześniej zdiagnozowano u nich nowotwór, a także 86 badań mających na celu określenie związku spożycia omega-3 z ryzykiem chorób i zgonów na choroby układu krążenia.
      W badaniach tych brało udział w sumie około 110 000 osób, które losowo zostały przypisane do grup spożywających przez co najmniej rok więcej kwasów omega-3 lub nie zmieniających dotychczasowej diety. Główny autor, doktor Lee Hooper, stwierdził: Nasze wcześniejsze badania wykazały, że suplementy długołańcuchowych kwasów tłuszczowych omega-3, w tym tłuszcze rybie, nie chronią przed depresją, udarem, cukrzycą i nie zmniejszają ryzyka zgonu.
      Obecna duża systematyczna analiza zawierała dane pochodzące od wielu tysięcy ludzi badanych w długim okresie. Dane te jasno pokazują, że spożywanie przez wiele lat suplementów omega-3 może nieco zmniejszyć ryzyko rozwoju choroby serca, ale zostanie to zrównoważone niewielkim zwiększeniem ryzyka rozwoju niektórych nowotworów. Całościowy wpływ na zdrowie jest niewielki. Tym samym oddziaływanie tłuszczów rybich, bogatego źródła długołańcuchowych kwasów omega-3, nie jest jasne. Tłuszcze rybie to bardzo odżywczy składnik pożywienia, część zbilansowanej diety. Dostarczają one białka i energii oraz ważnych mikroelementów, takich jak selen, jod, witamina D czy wapń. Ich znaczenie daleko wybiega poza kwasy omega-3. Stwierdziliśmy jednak, że jeśli chodzi o zapobieganie nowotworom, to spożywanie omega-3 nie ma znaczenia. W rzeczywistości mogą one w minimalnym stopniu zwiększać ryzyko zachorowania na niektóre nowotwory, w szczególności na raka prostaty. Jednak ten niekorzystny wpływ jest równoważony przez niewielki dobroczynny wpływ na serce, stwierdzili naukowcy.
      Na koniec uczeni dodają, że biorąc pod uwagę zanieczyszczenie oceanów plastikiem oraz obawy związane z przemysłowym połowem ryb, jego wpływ na środowisko naturalne oraz zasoby ryb, wydaje się rozsądnym, by zaprzestać zalecania suplementów z tłuszczów rybich, gdyż nie przynosi to praktycznie żadnych skutków prozdrowotnych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Międzynarodowy zespół naukowy miał wyjątkową okazję zbadania wczesnej fazy zainfekowania tkanek koronawirusem u pacjentów, u których jeszcze nie pojawiły się objawy COVID-19. Uczeni z University of Chicago oraz Zhongnan Hospital w Wuhan, badali tkankę płuc, którą usunięto pacjentom z powodu gruczolakoraka. Później okazało się, że już w czasie zabiegu osoby te były zarażone SARS-CoV-2. Pojawiła się więc unikatowa okazja przyjrzenia się bardzo wczesnemu stadium rozwoju COVID-19.
      To pierwsze badania opisujące patologię choroby spowodowanej przez SARS-CoV-2 czyli COVID-19. Dotychczas nie przeprowadzono bowiem biopsji ani autopsji. Jako, że obaj pacjenci w chwili operacji nie wykazywali objawów choroby, obserwowane przez nas zmiany to prawdopodobnie wczesne fazy patologii płuc wywołanej COVID-19, mówi jeden z głównych autorów badań Shu-Yuan Xiao z Chicago. Dzięki takiemu zbiegowi okoliczności może to być jedyna okazja, by zbadać wczesną fazę rozwoju choroby. Taka okazja może po raz drugi się nie powtórzyć. Autopsje czy biopsje pokażą nam bowiem późne lub końcowe stadia rozwoju, dodaje uczony.
      Dotychczas naukowcy wykonali opisy kliniczne choroby, znamy też opisy badań obrazowych. Jednak badań patologicznych jeszcze nie prowadzono. Przyczynami braku badań patologicznych z autopsji lub biopsji są m.in. gwałtowne pojawienie się epidemii, bardzo duża liczba pacjentów w szpitalach, niedostateczna liczba personelu medycznego oraz duża liczba zakażeń. To wszystko powoduje, że inwazyjne techniki diagnostyczne nie są obecnie priorytetem, zauważają autorzy badań.
      Szczęśliwie dla nauki zdarzyło się tak, że w czasie, gdy wybuchła epidemia, operowano dwie osoby, u których konieczne okazało się wycięcie tkanki płuc, a później okazało się, że w chwili operacji obie osoby były zarażone koronawirusem.
      Pierwsza z tych osób to 84-letnia kobieta. Przyjęto ją do szpitala po wykryciu guza w prawym płucu. Kobieta od 30 lat cierpiała na nadciśnienie, miała też cukrzycę. Mimo operacji i intensywnej opieki medycznej pacjentki nie udało się uratować. Później okazało się, że osoba, z którą leżała na jednej sali w szpitalu, była zainfekowana SARS-CoV-2.
      Drugim pacjentem był 73-letni mężczyzna u którego, również w prawym płucu, zauważono niewielkiego guza. Mężczyzna ten od 20 lat cierpiał na nadciśnienie. Dziewięć dni po operacji pojawiła się u niego gorączka, suchy kaszel, bóle w mięśniach i klatce piersiowej. Testy potwierdziły zarażenie SARS-CoV-2. Po 20 dniach leczenia na oddziale zakaźnym mężczyzna został wypisany do domu.
      Badania patologiczne tkanki płucnej pobranej od obu pacjentów wykazały, że oprócz guza widoczne są też w niej obrzęk, wysięk białkowy, ogniskowa reaktywna hiperplazja pneumocytów z niejednolitym zapalnym naciekiem komórkowym oraz komórczaki. Obecność zmian chorobowych na długo przed wystąpieniem objawów zgodne jest z długim okresem inkubacji COVID-19, który zwykle wynosi od 3 do 14dni.
      Mimo, że u badanej kobiety nigdy nie rozwinęła się gorączka, to jednak pełna morfologia krwi – szczególnie z 1. dnia po operacji – wykazała wysoki poziom białych krwinek i limfocytopenię, co jest zgodne z obrazem klinicznym COVID-19. Autorzy badań zauważają, że może być to pomocne spostrzeżenie na przyszłość. Naukowcy stwierdzili również, że czas, jaki upływa przed pojawieniem się pierwszych zmian chorobowych w płucach a pojawieniem się pierwszych objawów COVID-19 może być dość długi. Nawet u osób, które mają gorączkę, próbka pobrana z gardła do dalszych badań może dać wynik ujemny, gdyż wirus może nie być jeszcze obecny w górnych drogach oddechowych, pomimo wywołania stanu zapalnego w płucach.
      Odkrycia te wyjaśniają również, dlaczego na wczesnym etapie epidemii doszło do tak wielu zarażeń wśród pracowników służby zdrowia. Wiele osób zgromadziło się w szpitalach, nie wykazywali oni objawów, a przyjmujący ich lekarze i pielęgniarki nie byli odpowiednio chronieni.
      Autorzy powyższych badań mają nadzieję, że gdy zostaną też wykonane badania tkanek osób zmarłych i wykazujących objawy COVID-19, zyskamy pełniejszą wiedzę na temat choroby i jej rozwoju od samych początków do jej ostrej fazy. Pobrane próbki mogą też posłużyć do udoskonalenia testów diagnostycznych.
      Opis badań został udostępniony w sieci [PDF].

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...