Het belangrijkste ingrediënt voor effectieve kankerbehandelingen

Ongeveer 50 procent van de kankerpatiënten heeft tumoren die resistent zijn tegen straling vanwege lage zuurstofniveaus - een toestand die bekend staat als hypoxie. Een startup in San Francisco ontwikkelt eiwitten die zuurstof effectiever naar tumoren kunnen transporteren, waardoor de kans groter wordt dat bestralingstherapie deze patiënten zal helpen.

Zuurstof kaart: Deze afbeelding toont de poten van een muis, met een tumor in het linkerbeen. Hypoxische gebieden zijn aangegeven in lichtblauw.

Vorige maand gaf het National Cancer Institute (NCI) die startup, Omniox, $ 3 miljoen aan financiering. Omniox werkt samen met onderzoekers van het NCI om te testen of zijn zuurstofdragende verbindingen de bestralingstherapie bij dieren met kanker verbeteren.

De meeste tumoren hebben hypoxische regio's en onderzoekers geloven dat ze een significante invloed hebben op de behandelingsresultaten bij ongeveer de helft van de patiënten. Tumorcellen prolifereren met zo'n overgave dat ze hun bloedtoevoer overtreffen, waardoor regio's met zeer lage zuurstofniveaus ontstaan. Dit gebrek aan zuurstof zorgt ervoor dat tumorcellen meer bloedvaten aanmaken, die uitgezaaide cellen gebruiken om elders in het lichaam te reizen en de kanker te verspreiden.

Bestralingstherapie is afhankelijk van zuurstof om te werken. Wanneer ioniserende straling een tumor treft, genereert het reactieve chemicaliën, vrije radicalen genaamd, die tumorcellen beschadigen. Zonder zuurstof zijn de vrije radicalen van korte duur en is bestralingstherapie niet effectief. Stralingsbehandeling wordt tegenwoordig gegeven in de veronderstelling dat tumoren zuurstofrijk zijn en daardoor beschadigd zullen worden, zegt Murali Cherukuri , hoofd van de biofysica in het Center for Cancer Research van het NCI in Bethesda, Maryland. Hypoxische gebieden overleven de behandeling en herbevolken de tumor.

Sinds de jaren vijftig hebben onderzoekers veel manieren geprobeerd om meer zuurstof in tumoren te krijgen, zonder succes. Patiënten hoge zuurstofniveaus laten inademen voorafgaand aan bestraling werkt niet, en het ontwikkelen van een middel om zuurstof door het bloed naar een tumor te transporteren is erg moeilijk gebleken. Kunstmatige eiwitten die de natuurlijke zuurstofdrager van het lichaam, hemoglobine, nabootsen, kunnen gevaarlijk reactief zijn en andere belangrijke chemicaliën in het bloed vernietigen. En andere zuurstofdragers hebben de neiging om ofwel te strak aan zuurstof vast te houden of het te snel af te geven, voordat het de minst zuurstofrijke gebieden van de tumor bereikt.

We hopen dat, aangezien de meeste tumoren hypoxisch zijn, we de effectiviteit van bestralingstherapie bij een groot aantal mensen kunnen verbeteren, zegt Stephen Cary, medeoprichter en CEO van Omniox. Het bedrijf heeft een reeks eiwitten ontwikkeld die zijn aangepast om zuurstof vast te houden totdat ze zich in hypoxisch weefsel bevinden. Deze eiwitten zijn niet gebaseerd op hemoglobine en hebben dus niet dezelfde toxische effecten.

De technologie van het bedrijf komt uit het laboratorium van Michael Marletta , een professor in de chemie aan de University of California, Berkeley. De meeste bloedvervangers hebben gefaald, zegt Marletta, omdat ze waren gebaseerd op globine-eiwitten, waaronder hemoglobine. Hemoglobine kan in het lichaam werken omdat het is ingepakt in rode bloedcellen. Onbeschermde, zuurstofrijke globine-eiwitten reageren met stikstofmonoxide in het bloed, waarbij de zuurstof, het stikstofmonoxide en het eiwit zelf worden vernietigd.

Marletta ging op zoek naar eiwitfragmenten die bonden aan zuurstof, maar niet aan stikstofmonoxide. Hij begon met de genetische sequentie voor het deel van de globine-eiwitten dat aan zuurstof bindt. Vervolgens gebruikte hij een computerprogramma om door genoomdatabases te scannen op vergelijkbare sequenties. Dit leverde een groep vergelijkbare sequenties op in eencellige organismen. Marletta bestudeerde deze eiwitsequenties en vond een groep ervan die zich bindt aan zuurstof maar niet aan stikstofmonoxide. Door de sequenties enigszins te veranderen, ontdekte Marletta dat hij in staat was om aan te passen hoe strak het eiwit zich aan zuurstof bindt. Dit niveau van controle betekent dat Omniox een eiwit kan ontwerpen dat alleen zuurstof afgeeft wanneer de omringende zuurstofniveaus erg laag zijn - wat betekent dat het eiwit helemaal naar het hypoxische deel van de tumor moet reizen voordat het de zuurstof vrijgeeft.

Cary, die vroeger een postdoctoraal onderzoeker was in het laboratorium van Marletta, was in 2006 medeoprichter van Omniox om een ​​therapeutisch zuurstofdragend middel te ontwikkelen. Het bedrijf heeft in totaal ongeveer $ 4 miljoen opgehaald bij het NCI en de Universiteit van Californië Instituut voor Kwantitatieve Biowetenschappen . Het bedrijf is momenteel gehuisvest in de biotech startup incubator van de universiteit, de QB3-garage .

Omniox heeft tot nu toe aangetoond dat zijn eiwitten zich ophopen in tumoren van levende dieren, en dat de eiwitten daar de zuurstofconcentratie verhogen.

Bij het NCI wordt nu onderzoek gedaan naar de eiwitten. Cherukuri, die niet is aangesloten bij Omniox, heeft een tracer ontwikkeld voor gebruik met magnetische resonantiebeeldvorming waarmee hij een hoge resolutie, 3D-kaart van tumorzuurstofconcentraties kan maken.

Cherukuri gebruikt deze methode om de effecten van Omniox-middelen te bestuderen bij muizen met hypoxische tumoren. Als je een zeer hypoxische tumor hebt en je injecteert het dier met [het Omniox-middel], neemt de oxygenatie toe, zegt hij. Hij werkt samen met General Electric om een ​​prototype van dit beeldvormingssysteem op menselijke schaal te ontwikkelen.

De onderzoeken van Omniox en NCI zijn erop gericht om uit te zoeken welke van de eiwitten van het bedrijf het beste werken, wanneer de eiwitten moeten worden toegediend en of de behandeling de effectiviteit van bestralingstherapie echt verbetert. De studies zullen ook letten op eventuele gevaarlijke immuunreacties op de vreemde eiwitten. Als de resultaten veelbelovend zijn, hoopt het bedrijf in 2013 te beginnen met testen bij menselijke patiënten.

zich verstoppen