Механизмы лечения сфокусированного ультразвука при опухолях головного мозга

Исследование, проведенное группой ученых из Массачусетской общей больницы (MGH), впервые проанализировало механизмы, лежащие в основе использования сфокусированного ультразвука для улучшения доставки противораковых препаратов через гематоэнцефалический барьер в опухоли головного мозга. Их отчет, опубликованный в PNAS, использует передовые методы микроскопии и математическое моделирование для отслеживания потенциала этого перспективного, минимально инвазивного подхода к лечению на животной модели метастазирования рака молочной железы. В состав команды также вошли следователи из Технологического института Джорджии, Эдинбургского университета и Бригама и Женской больницы.

«Гематоэнцефалический барьер является проблемой при лечении злокачественных новообразований головного мозга, поскольку он может препятствовать доставке лекарств», - говорит соавтор и коспонсор автор Костас Арванитис, доктор философии. «Даже когда препарат достигает циркуляции мозга, аномальные кровеносные сосуды в опухолях и вокруг них приводят к неравномерной доставке лекарств с небольшими концентрациями в некоторых областях опухоли. Если препарат попадает в область опухоли и пересекает ненормальное кровеносных сосудов, он сталкивается с плотной тканью в опухоли, которая может блокировать доступ к злокачественным клеткам. Мы стремились использовать новую методологию, которая может улучшить эти ненормальные транспортные свойства, чтобы улучшить доставку лекарственного средства и эффективность во всей опухоли мозга ». Арванитис, доцент Технологического института Джорджии, работал над этим исследованием в лабораториях Эдвина Л. Стила для биологии опухолей в Отделе радиационной онкологии МГХ и в своей новой лаборатории биомедицинской акустики и графической терапии в Georgia Tech.

Фокусированный ультразвук концентрирует несколько лучей ультразвуковой энергии на одном месте внутри тела. Микропузырьки - крошечные липидные пузырьки, которые вибрируют в ответ на ультразвуковые сигналы, вводимые в кровоток, могут временно нарушить гематоэнцефалический барьер на целевом сайте. Хотя этот подход был изучен на животных моделях с многообещающими результатами, что привело к клиническим испытаниям фазы 1 в таких условиях, как первичные опухоли головного мозга, такие как глиобластома - основные механизмы не были хорошо поняты. Чтобы узнать больше о свойствах сфокусированной ультразвуковой обработки опухолей головного мозга, команда использовала передовые методы микроскопии у живых мышей, которые получили имплантаты HER2-положительных клеток рака молочной железы в их мозгу.

В своих экспериментах исследователи изучили способность фокусированного ультразвука улучшать доставку двух типов противораковых агентов - обычного докторубицина для лечения химиотерапии и целевого препарата Т-DM1, который объединяет лекарственный трастузумаб (Herceptin) на основе HER2-антител, с цитотоксическим DM1. Этот подход не только улучшил доставку обоих лекарств через стенки кровеносных сосудов, но еще более улучшил его для меньшей молекулы доксорубицина, а также улучшил распределение обоих препаратов в опухолевой ткани. Впервые эксперименты группы MGH показали, что сфокусированное ультразвуковое исследование усиливает проницаемость эндотелиальных клеток, которые выстилают кровеносные сосуды опухолей, что приводит к тому, что эти клетки принимают доксорубицин.

«Доказательства увеличения клеточного трансмембранного транспорта и поглощения доксорубицина сфокусированным ультразвуком до сих пор были в значительной степени неизвестны», - говорит ведущий автор исследования Василеос Аскоксилакис, доктор медицинских наук, лаборатории Steele Labs в MGH. «И хотя сфокусированное ультразвуковое исследование с микропузырьками также увеличивало проникновение в опухоли конъюгата антитело-лекарственное средство Т-DM1, это улучшение уменьшилось через пять дней после введения лекарственного средства, подтвердив гипотезу о том, что накопление Т-ДМ1 является результатом кратковременно повышенной проницаемости опухолевой крови сосудов ".

Высококачественная визуализация позволила исследователям продемонстрировать повышенный поток интерстициальной жидкости между клетками в опухоли после применения ультразвука и выявить ее роль в улучшении доставки лекарств. Математическое моделирование позволило исследователям количественно сфокусировать индуцированные ультразвуком изменения в тканях и свойствах транспортировки и определить оптимальные условия для улучшения доставки лекарств. Эти результаты могут служить основой для разработки новых стратегий и разработки клинических испытаний, которые объединяют перспективные терапевтические средства с фокусированным ультразвуком.

«Объясняя и подчеркивая потенциал объединения сфокусированного ультразвука с различными препаратами для лечения метастазов в мозг, наши результаты дают важные научные принципы для оптимального клинического использования технологии», - говорит старший автор Ракеш Джайн, доктор философии, директор лаборатории Steele для биологии опухолей и кулинарного профессора радиационной онкологии в Гарвардской медицинской школе. «В частности, они могут позволить идентифицировать конкретные протоколы приема для улучшения потребления препаратов, такие как медленная инфузия и поддержать гипотезу о необходимости индивидуального тестирования этого подхода для разных лекарств. Для более глубокого понимания лечения сфокусированным ультразвуком, наша работа может помочь улучшить лечение любой опухоли головного мозга - первичной или метастатической - и может также революционизировать подходы к иммунотерапии опухолей путем улучшения локализованной доставки опухолевых убивающих иммунных клеток».

Источник: https://medicalxpress.com/news/2018-08-mechanisms-focused-ultrasound-assisted-treatment-brain-tumors.html