이식형 미세입자는 한 번에 두 가지 암 치료법을 제공할 수 있습니다.

말기 암 환자는 종종 여러 차례의 다양한 유형의 치료를 받아야 하는데, 이로 인해 원치 않는 부작용이 생길 수 있으며 항상 도움이 되는 것은 아닙니다.

MIT 연구원들은 이러한 환자들의 치료 옵션을 확대하고자 종양 부위에 이식할 수 있는 작은 입자를 설계했습니다. 이 입자는 열과 화학 요법이라는 두 가지 유형의 요법을 전달합니다.

이 접근법은 화학 요법을 정맥으로 투여할 때 종종 발생하는 부작용을 피할 수 있으며, 두 가지 요법의 시너지 효과는 한 번에 한 가지 치료를 하는 것보다 환자의 수명을 더 길게 연장할 수 있습니다. 연구자들은 생쥐에 대한 연구에서 이 요법이 대부분의 동물에서 종양을 완전히 제거하고 생존 기간을 상당히 연장한다는 것을 보여주었습니다.

"이 특정 기술이 유용할 수 있는 예 중 하나는 정말 빠르게 성장하는 종양의 성장을 제어하려는 것입니다." MIT의 Koch Institute for Integrative Cancer Research의 수석 연구원인 Ana Jaklenec이 말했습니다. "목표는 실제로 선택권이 많지 않은 환자를 위해 이러한 종양에 대한 어느 정도의 통제력을 얻는 것이고, 이를 통해 수명을 연장하거나 적어도 이 기간 동안 더 나은 삶의 질을 누릴 수 있습니다."

Jaklenec은 새로운 연구의 수석 저자 중 한 명이며, James Mason Crafts 생물공학 및 재료 과학 및 공학 교수이자 Koch Institute 회원인 Angela Belcher와 MIT Institute 교수이자 Koch Institute 회원인 Robert Langer와 함께합니다. 전 MIT 포스트닥인 Maria Kanelli는 저널 ACS Nano 에 게재된 논문의 주요 저자입니다.

듀얼 테라피

진행성 종양이 있는 환자는 일반적으로 화학 요법, 수술 및 방사선 요법을 포함한 여러 가지 치료를 병행합니다. 광선 요법은 외부 레이저로 가열된 입자를 이식하거나 주입하여 다른 조직을 손상시키지 않고 주변 종양 세포를 죽일 만큼 온도를 높이는 새로운 치료법입니다.

임상 시험에서 현재 시행되고 있는 광선요법에서는 근적외선에 노출되면 열을 방출하는 금 나노입자를 활용합니다.

MIT 팀은 광선 요법과 화학 요법을 함께 제공하는 방법을 생각해 내고자 했습니다. 그들은 이것이 환자의 치료 과정을 더 쉽게 만들고 상승 효과도 있을 수 있다고 생각했습니다. 그들은 광 치료제로 황화 몰리브덴이라는 무기 물질을 사용하기로 결정했습니다. 이 물질은 레이저 빛을 매우 효율적으로 열로 변환하므로 저전력 레이저를 사용할 수 있습니다.

이 두 가지 치료법을 모두 제공할 수 있는 미립자를 만들기 위해 연구자들은 몰리브덴 디설파이드 나노시트를 친수성 약물인 독소루비신이나 소수성 약물인 비올라세인과 결합했습니다. 입자를 만들기 위해 몰리브덴 디설파이드와 항암제를 폴리카프로락톤이라는 폴리머와 섞은 다음, 다양한 모양과 크기의 미립자로 압착할 수 있는 필름으로 건조했습니다.

이 연구를 위해 연구자들은 폭이 200마이크로미터인 입방형 입자를 만들었습니다. 종양 부위에 주입하면 입자는 치료 내내 그대로 유지됩니다. 각 치료 주기 동안 외부 근적외선 레이저를 사용하여 입자를 가열합니다. 이 레이저는 수 밀리미터에서 센티미터 깊이까지 침투할 수 있으며 조직에 국소적인 효과를 미칩니다.

"이 플랫폼의 장점은 맥동 방식으로 필요에 따라 작용할 수 있다는 것입니다." 카넬리가 말했습니다. "종양 내 주사를 통해 한 번 투여한 다음 외부 레이저 소스를 사용하여 플랫폼을 활성화하고 약물을 방출하며 동시에 종양 세포의 열적 절제를 달성할 수 있습니다."

연구원들은 치료 프로토콜을 최적화하기 위해 기계 학습 알고리즘을 사용하여 최상의 결과를 이끌어낼 레이저 출력, 조사 시간, 광선 치료제의 농도를 파악했습니다.

이를 통해 그들은 약 3분 동안 지속되는 레이저 치료 주기를 설계하게 되었습니다. 그 시간 동안 입자는 약 50도 섭씨로 가열되는데, 이는 종양 세포를 죽일 만큼 충분히 뜨겁습니다. 또한 이 온도에서 입자 내의 폴리머 매트릭스가 녹기 시작하여 매트릭스 내에 포함된 항암제 중 일부가 방출됩니다.

"이 기계 학습 최적화 레이저 시스템은 근적외선의 깊은 조직 침투를 활용하여 맥동성, 주문형 광열 요법을 통해 저선량 국소 항암 화학 요법을 전개할 수 있게 해줍니다. 이러한 상승 효과는 기존 항암 화학 요법에 비해 전신 독성이 낮습니다." Belcher Lab의 Break Through Cancer 연구 과학자이자 이 논문의 두 번째 저자인 Neelkanth Bardhan의 말입니다.

종양 제거

연구자들은 삼중 음성 유방 종양에서 공격적인 유형의 암 세포를 주입한 쥐에서 미세입자 치료를 테스트했습니다. 종양이 형성되자 연구자들은 종양당 약 25개의 미세입자를 이식한 다음 레이저 치료를 3회 수행했으며, 각 치료 사이에 3일의 간격을 두었습니다.

"이것은 근적외선 반응 재료 시스템의 유용성을 강력하게 보여주는 사례입니다."라고 Bardhan과 함께 난소암 진단 및 치료 응용 프로그램을 위한 근적외선 이미징 시스템을 이전에 연구한 Belcher는 말합니다. "단 한 번의 입자 주입 후 빛으로 일정 간격으로 약물 방출을 제어하는 ​​것은 덜 고통스러운 치료 옵션에 대한 게임 체인저이며 환자의 준수도를 높일 수 있습니다."

이 치료를 받은 쥐에서는 종양이 완전히 없어졌고, 화학 요법이나 광선 요법만 받은 쥐나 치료를 받지 않은 쥐보다 훨씬 오래 살았습니다. 세 번의 치료 주기를 모두 거친 쥐는 레이저 치료를 한 번만 받은 쥐보다 훨씬 더 나은 성과를 보였습니다.

입자를 만드는 데 사용된 폴리머는 생체적합성이 있으며 이미 의료 기기에 대한 FDA 승인을 받았습니다. 연구자들은 이제 더 큰 동물 모델에서 입자를 테스트하고 궁극적으로 임상 시험에서 평가할 목표를 가지고 있습니다. 그들은 이 치료법이 전이성 종양을 포함한 모든 유형의 고형 종양에 유용할 수 있을 것으로 기대합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241029143837.htm