Döbbenetes felfedezés: az emberi testbe küldött robotokkal gyógyítják a rákot

Ráksejtek (illusztráció)

Egérkísérletekben 90 százalékkal sikerült összezsugorítani a hólyagrákot parányi nanorobotok segítségével, amelyek a vizeletből merítik az energiát, és amikor elérték a daganatot, radioaktív jódizotóppal bombázzák szét annak sejtjeit.

A hólyagrák a férfiak körében a negyedik leggyakoribb ráktípus világszerte. Bár a halálozási aránya viszonylag alacsony, a kezelt daganatok csaknem fele öt éven belül visszatér, ezért a hólyagrákon átesett betegek folyamatos utánkövetésre szorulnak. Az ismételt kórházi látogatások és a további kezelést igénylő kiújulás gyakorisága miatt ennek a daganattípusnak a gyógyítása különösen költséges.

Nanorobotokkal a rák ellen

A jelenlegi kezelésekkel, amelyek során a daganatellenes hatóanyagot közvetlenül a hólyagba adagolják, jó túlélési arányokat lehet elérni, de a terápiás hatékonyság még így is alacsony marad.

Ezért ígéretesek azok a kezelési próbálkozások, amelyekben nanorészecskék segítségével egyenesen a daganat belsejébe juttatják a hatóanyagot.

Ezeken belül is megkülönböztetett figyelmet érdemelnek a nanorobotokat – a testen belül önmagukat autonóm módon előrehajtani képes nanorészecskéket – alkalmazó kísérleti kezelések.

Állatkísérletekben már működik a rendhagyó rákterápia

Most a rangos Nature Nanotechnology folyóiratban jelent meg egy közlemény, amely különösen sikeres próbálkozásról ad hírt: a kutatók egérkísérletekben csupán egyetlen alkalommal adtak be urea-hajtotta nanorobotokat, és az egyszeri kezelés 90 százalékkal zsugorította össze a hólyagdaganatokat.

A parányi nanogépezetek vázát egy porózus szilikagyöngy adja, melynek felszínére különböző feladatokkal bíró összetevőket visznek fel. Az egyik az ureáz nevű, a vizeletben található ureát elbontó és ezzel a részecske mozgásához szükséges energiát biztosító enzim. A másik kulcsösszetevő a jód radioaktív izotópja, amit elterjedten alkalmaznak daganatok lokális kezelésére.

A Katalán Biomérnöki Intézet (Institute for Bioengineering of Catalonia, IBEC) és a CIC biomaGUNE által irányított kutatás, amely a Barcelonai Orvosbiológiai Kutatóintézettel (Institute for Research in Biomedicine, IRB) és a Barcelonai Autonóm Egyetemmel együttműködésben zajlott, úttörő jellegű hólyagrák-terápiák előtt nyitja meg az utat. Az új kezelésekkel a kórházi tartózkodás hosszának csökkenését, ezzel a költségek mérséklését és a betegek nagyobb kényelmét remélik elérni a szerzők.

Egyetlen kezelés után a tumortérfogat 90 százalékos csökkenését tapasztaltuk. Ez jelentős hatékonyságnövekedést jelent a mostani terápiákhoz képest, amelyeket a hólyagrákos betegeknek jellemzően 6–14 kórházi kezelés alkalmával kell megkapniuk"

– mondta el Samuel Sánchez, az IBEC kutatóprofesszora és a tanulmány vezetője.

A következő, már folyamatban lévő lépésben a kutatók arról szeretnének meggyőződni, hogy a daganatok kiújulnak-e az újfajta kezelést követően.

Korábbi vizsgálataik során a tudósok megbizonyosodtak afelől, hogy a nanorobotok önhajtó képességük révén valóban el tudják érni a húgyhólyag valamennyi belső felszínét. Ez előnyös tulajdonság a mostani kezelési eljáráshoz képest, amelyben a betegeknek a hatóanyag hólyagba való bejuttatása után félóránként testhelyzetet kell változtatniuk, hogy a szer a hólyag falát minden irányból elérje.

Ráksejtek (illusztráció) Forrás: Science Photo Library via AFP/KATERYNA KON/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Kateryna Kon/Science Photo Libra

A nanorobotok behatoltak a daganat belsejébe

A mostani kutatás tovább megy ennél azzal, hogy nem csak a nanorészecskék hólyagbeli aktív mozgását, hanem a daganatban történő fajlagos felhalmozódásukat is igazolja. Ennek bizonyítására a tudósok többféle technikát bevetettek: pozitronemissziós tomográfiás (PET) felvételeket készítettek az egerekről, a kísérlet végeztével eltávolított hólyagszövetet pedig mikroszkópi képeken elemezték. A mikroszkópos képeket egy olyan fluoreszcens képalkotó rendszerrel vették fel, amelyet az IRB-ben kifejezetten ennek a tanulmánynak a céljára építettek. A rendszer végigpásztázza a hólyagfal rétegeit és háromdimenziós rekonstrukciót állít össze róluk, így lehetővé teszi a teljes szerv feltérképezését.

„Az általunk kifejlesztett újszerű optikai rendszer lehetővé tette, hogy kiküszöböljük a tumor maga által visszavert fényt, így előzetes jelölés nélkül is azonosítani és lokalizálni tudtuk a nanorészecskéket az egész hólyagban, méghozzá minden korábbinál nagyobb felbontásban – fejtette ki Julien Colombell, az IRB Barcelona Modern Digitális Mikroszkópia egységének vezetője.

Azt láttuk, hogy a nanorobotok nemcsak elérték a daganatot, de be is hatoltak a belsejébe, s ezáltal megnőtt az alkalmazott sugárzó izotóp kezelési hatékonysága."

Nem volt egyszerű feladat kideríteni, vajon hogy lehetnek képesek a nanorobotok a tumor belsejébe hatolni, amikor nincsenek a felszínükön specifikus daganatellenes ellenanyagok, ráadásul a tumorszövet merevebb is az épnél.

Megfigyeltük, hogy a nanorobotok le tudják bontani a daganat sejtközötti állományát azáltal, hogy egy önhajtó kémiai reakció révén lokálisan megnövelik a pH-t

– magyarázta Meritxell Serra Casablancas, az IBEC kutatója és a cikk megosztott első szerzője. – Ennek a jelenségnek volt köszönhető, hogy a nanorészecskék hatékonyabban bejutottak a daganatba, és ez előnyös volt az ottani fokozott felhalmozódásuk szempontjából."

A tudósok azt a következtetést vonták le, hogy a nanorobotok úgy ütköznek a hólyag belső hámbélésével, mintha az fal volna, de a szivacsosabb állományú daganatba behatolnak, és felhalmozódnak a belsejében.

Ezen felül – emelte ki Jordi Llop, a CIC biomaGUNE munkatársa és a tanulmány társvezetője – „a radioaktív izootópot hordozó nanorobotok helyi beadása csökkenti a káros mellékhatások kialakulásának kockázatát, és a daganatszövetben tapasztalt felhalmozódásuk kedvez a radioterápiás hatásnak."

„Vizsgálatunk eredményei megnyitják az utat más olyan radioaktív izotópok használata előtt, amelyek erősebb terápiás hatást tudnának elérni, de a szisztémás alkalmazásuk korlátokba ütközik" – tette hozzá Cristina Simó, aki szintén a cikk megosztott első szerzője.

A képalkotáson is fejleszteni kellett

A nanorobotokkal való munka jelentős kihívás elé állította a rendelkezésre álló képalkotási technikákat, mert a szövetbe jutott nanorészecskéket és a tumort magát egyaránt láthatóvá kellett tenni. A PET és a hozzá hasonló közönséges nem-invazív képalkotó technikák nem rendelkeznek a kellő felbontással ahhoz, hogy ezeknek a rendkívül kicsiny részecskéknek a mikroszkopikus szintű elhelyezkedését nyomon tudják követni. Ezért az IRB tudományos mikroszkópiai csoportjának munkatársai a fényréteg-mikroszkópia (light sheet microscopy) nevű eljárással világították meg a mintákat, ami a fénynek a szövetekkel és a nanorészecskékkel való kölcsönhatása révén lehetővé tette a fényszórás-alapú háromdimenziós felvételek elkészítését.

Mivel a fényszórás egy része a daganatból származott, és ez zavarta a képek értékelését, a tudósok kidolgoztak egy új, polarizált fényen alapuló technikát, melynek segítségével kioltották a daganatszövetből eredő interferenciát. Ennek az újításnak köszönhetően előzetes molekuláris jelölés nélkül is láthatóvá tudták tenni és nyomon tudták követni a nanorobotokat a daganatszövetben.