Nanopartikel trampen auf Immunzellen, um Krebsmetastasen frühzeitig zu erkennen

Lymphknoten sind die Kanarienvögel in der Kohlengrube unseres Immunsystems. Sie schalten sich beim ersten Anzeichen einer Krankheit in Gang und schicken dann Immunzellen dorthin, wo sie im Körper benötigt werden, um Infektionen und Krankheiten zu bekämpfen.

Für die fast 20 Millionen Patienten auf der ganzen Welt, bei denen jedes Jahr Krebs diagnostiziert wird, sind die Lymphknoten ein unschätzbarer Frühindikator dafür, ob ihr Krebs metastasiert hat – wenn Krebszellen beginnen, sich auf ein anderes Organ auszubreiten. Das frühestmögliche Erkennen von Metastasen bedeutet, dass dem Patienten die notwendigen Chemo- und Immuntherapien verabreicht werden können, die seine Prognose erheblich verbessern.

Forscher am Alfred E. Mann Department of Biomedical Engineering der USC haben ein neues Nanopartikel entwickelt, das Immunzellen oder Monozyten „mitnehmen“ kann. Aufgrund seiner geringen Größe kann sich das Partikel direkt in Lymphknoten festsetzen und dazu beitragen, dass Metastasen im MRT sichtbar werden, wo sie sonst zu schwer zu erkennen wären. Die Ergebnisse könnten zu fortschrittlicheren Kontrastmitteln führen, die Patienten injiziert werden können, um die MRT-Krebsvorsorgeuntersuchungen der Lymphknoten zu verbessern.

Die Arbeit war veröffentlicht In ACS Nano und wurde von Dr. Karl Jacob Jr. und Karl Jacob III Early-Caree Chair Eun Ji Chung und Noah Trac, einem Ph.D., geleitet. Student im Chung Lab.

Während Lymphknoten ein wesentlicher Faktor bei der Krebserkennung sind, ist die Untersuchung mittels Biopsie schmerzhaft und invasiv und kann zu unerwünschten Nebenwirkungen wie Infektionen, Lymphödemen und Thrombosen führen. Bildgebende Verfahren wie die MRT-Detektion sind nicht-invasiv. Allerdings weisen sie auch beim Lymphknoten-Screening erhebliche Mängel auf,

„MRTs werden die Größe des Lymphknotens untersuchen, aber das hat keinen großen Zusammenhang mit der Tatsache, dass es sich um Metastasen handelt“, sagte Chung. „Selbst wenn Sie erkältet sind, beginnen sich Ihre Lymphknoten zu entzünden.“

„Das Hauptproblem bei aktuellen MRT-Techniken besteht nicht darin, dass sie die Immunzellen nicht erkennen“, sagte Trac. „Ein großes Problem bei aktuellen Kontrastmitteln besteht darin, dass es keinen Mechanismus zur Krebsbekämpfung gibt, sodass die meisten Lymphknoten gleichermaßen beleuchtet werden, unabhängig davon, ob Krebs vorliegt oder nicht.“

Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben Chung, Trac und ihre Co-Autoren ein Nanopartikel entwickelt, das auf einen Rezeptor abzielt, der sowohl auf Tumorzellen als auch auf Monozyten von Immunzellen vorhanden ist – Zellen, die zu den Lymphknoten wandern und unter Krankheitsbedingungen immer häufiger vorkommen.

„Die Idee hinter diesem Nanopartikel besteht darin, die Abgabe des Gadolinium-Kontrastmittels an krebskranke Lymphknoten zu lenken, sodass diese im MRT heller erscheinen als gesunde Lymphknoten“, sagte Trac.

Das Diagnosetool würde Ärzten auch einen hohen klinischen Wert bieten, da es nicht nur bei einer ersten Krebsdiagnose zum ersten Mal Metastasen erkennt, sondern es Ärzten auch ermöglichen würde, das Wiederauftreten von Krebs im Auge zu behalten.

„Sagen Sie einfach, ein Primärtumor wurde entfernt, aber vielleicht wurde nicht alles entfernt, oder der Krebs kommt zurück und bildet zum zweiten Mal Metastasen. Wiederkehrende Metastasen sind viel schwieriger zu erkennen und können zu schlechteren Ergebnissen für den Patienten führen.“ „, sagte Chung.

Mitfahren, um den Krebs zum Leuchten zu bringen

Die Nanopartikel wirken, indem sie auf ein Protein abzielen, das von Krebszellen exprimiert wird und als C-C-Chemokinrezeptor 2 (CCR2) bekannt ist. Die Partikel trampen auf die Monozyten der Immunzellen, die der Körper produziert und die als Reaktion auf den Krebs ebenfalls denselben Rezeptor exprimieren. Die Monozyten geben den Partikeln dann freie Fahrt in die Lymphknoten, wo die Partikel die metastasierten Krebszellen effektiv hervorheben und eine eindeutigere Erkennung mittels MRT ermöglichen können.

„Der Grund, warum dieser Mechanismus zusätzlich zu den Zielelementen funktioniert, liegt darin, dass auch unsere Partikelgröße sehr einzigartig ist und sie die Lymphknoten erreichen können“, sagte Chung. „Wir haben herausgefunden, dass es eine Größengrenze gibt und unser Partikeltyp in der Lage ist, in die Lymphknoten zu gelangen und dort angekommene Krebszellen sowie die Monozyten, die diesen Rezeptor exprimieren, anzugreifen.“

Das Verfahren bietet bahnbrechende Vorteile für die Früherkennung von Krebsmetastasen in den Lymphknoten. Während früher die Metastasierung nur anhand einer Vergrößerung der Lymphknoten beurteilt werden konnte; Die neuen Partikel von Chung Lab könnten zu MRT-Kontrastmitteln führen, die metastatische Zellen in Lymphknoten hervorheben können, die ansonsten normal erscheinen könnten. In Experimenten mit einem Mausmodell zeigte das Team, dass die Partikel das im MRT erfasste Signal um bis zu 50 % verstärkten.

„Die Partikel verstärken das Signal, und wir können das an Stellen sehen, an denen sich die Größe der Lymphknoten noch nicht verändert hat und die Metastasierung sehr früh ist. Wir bieten diesen Vorteil dort an, wo dies klinisch nicht möglich wäre.“ überhaupt Metastasen zu sehen“, sagte Chung.

Der nächste Schritt für das Forschungsteam besteht darin, seine Arbeit näher an die klinische Anwendung von MRT-Kontrastmitteln heranzuführen. Die Arbeit wurde dem Nanoparticle Characterization Laboratory der National Institutes of Health vorgelegt, wo ein Dritter die Arbeit bewerten und validieren wird, um sie näher an Versuche am Menschen heranzuführen.