Para peneliti di Universitas Miami telah mengembangkan nanopartikel inovatif yang menembus penghalang darah-otak untuk menargetkan tumor payudara primer dan metastasis otak. Perawatan inovatif ini, yang melibatkan strategi obat ganda yang menargetkan proses mitokondria, telah menunjukkan harapan dalam mengecilkan tumor dan memperpanjang kelangsungan hidup dalam penelitian di laboratorium. Tim ini terus menyempurnakan pendekatan mereka dengan tujuan memajukan pengobatan kanker.
Para ilmuwan optimis bahwa metode mereka, yang pada awalnya menunjukkan harapan dalam model praklinis, pada akhirnya dapat digunakan untuk mengobati metastasis otak dan tumor kanker payudara primer dengan satu terapi.
Para peneliti dari Pusat Kanker Komprehensif Sylvester di Fakultas Kedokteran Universitas Miami Miller telah menciptakan partikel nano yang mampu melintasi penghalang darah-otak. Tujuan mereka adalah untuk menghilangkan tumor kanker payudara primer dan metastasis otak dengan satu pengobatan. Penelitian laboratorium menunjukkan bahwa metode ini efektif dalam mengurangi ukuran tumor payudara dan otak.
Metastasis otak, demikian sebutan tumor sekunder ini, paling sering timbul dari tumor padat seperti kanker payudara, paru-paru, dan usus besar dan sering kali dikaitkan dengan prognosis yang buruk. Ketika kanker menyerang otak, pengobatan akan sulit dilakukan, sebagian karena adanya penghalang darah-otak, yaitu selaput yang hampir tidak dapat ditembus yang memisahkan otak dari bagian tubuh lainnya.
Pengembangan Nanopartikel dan Strategi Obat Ganda
Nanopartikel tim Sylvester suatu hari nanti dapat digunakan untuk mengobati metastasis dengan manfaat tambahan untuk mengobati tumor primer pada saat yang sama, menurut Shanta Dhar, Ph.D., seorang profesor Biokimia dan Biologi Molekuler dan asisten direktur Teknologi dan Inovasi di Sylvester, yang memimpin penelitian ini. Dia adalah penulis senior makalah yang diterbitkan 6 Mei di jurnal tersebut Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
Shanta Dhar, Ph.D. Kredit: Sylvester
Dengan memuat partikel dengan dua obat yang menargetkan mitokondria, pusat produksi energi sel, para peneliti menunjukkan bahwa metode mereka dapat mengecilkan tumor payudara dan otak dalam studi praklinis.
“Saya selalu mengatakan nanomedis adalah masa depan, tapi tentu saja kita sudah berada di masa depan itu,” kata Dhar, mengacu pada obat-obatan yang tersedia secara komersial. COVID 19 vaksin yang menggunakan nanopartikel dalam formulasinya. “Pengobatan nano juga merupakan masa depan terapi kanker.”
Metode baru ini menggunakan nanopartikel yang terbuat dari polimer biodegradable, yang sebelumnya dikembangkan oleh tim Dhar, ditambah dengan dua obat yang juga dikembangkan di laboratoriumnya yang menargetkan sumber energi kanker. Karena sel kanker sering kali memiliki bentuk metabolisme yang berbeda dengan sel sehat, menghambat metabolisme dapat menjadi cara efektif untuk membunuh tumor tanpa merusak jaringan lain.
Salah satu obat tersebut merupakan versi modifikasi dari obat kemoterapi klasik, cisplatin, yang membunuh sel kanker dengan cara merusak DNA dalam sel yang tumbuh dengan cepat, secara efektif menghentikan pertumbuhannya. Namun sel tumor dapat memperbaiki DNA mereka, terkadang menyebabkan resistensi cisplatin. Tim Dhar memodifikasi obat tersebut untuk mengalihkan targetnya dari DNA inti, DNA yang membentuk kromosom dan genom kita, ke DNA mitokondria. Mitokondria adalah sumber energi sel kita dan mengandung genomnya sendiri yang jauh lebih kecil – dan, yang penting untuk tujuan terapi kanker, mereka tidak memiliki mesin perbaikan DNA seperti yang dimiliki genom kita yang lebih besar.
Karena sel-sel kanker dapat beralih di antara sumber energi yang berbeda untuk mempertahankan pertumbuhan dan proliferasi mereka, para peneliti menggabungkan cisplatin mereka yang dimodifikasi, yang mereka sebut Platin-M dan menyerang proses menghasilkan energi yang dikenal sebagai fosforilasi oksidatif, dengan obat lain yang mereka kembangkan, Mito-DCA. , yang secara khusus menargetkan protein mitokondria yang dikenal sebagai kinase dan menghambat glikolisis, jenis pembangkit energi yang berbeda.
Mengatasi Penghalang Darah-Otak
Dhar mengatakan, butuh waktu lama untuk mengembangkan nanopartikel yang bisa mengakses otak. Dia telah mengerjakan nanopartikel sepanjang karir independennya, dan dalam proyek sebelumnya yang mempelajari berbagai bentuk polimer, para peneliti memperhatikan bahwa sebagian kecil dari beberapa nanopartikel ini mencapai otak dalam studi praklinis. Dengan mengasah polimer tersebut lebih jauh, tim Dhar mengembangkan nanopartikel yang dapat melintasi penghalang darah-otak dan membran luar mitokondria.
“Ada banyak pasang surut dalam mencari tahu hal ini, dan kami masih berupaya memahami mekanisme bagaimana partikel-partikel ini melintasi penghalang darah-otak,” kata Dhar.
Tim tersebut kemudian menguji nanopartikel khusus yang mengandung obat dalam studi praklinis dan menemukan bahwa nanopartikel tersebut bekerja untuk mengecilkan tumor payudara dan sel kanker payudara yang ditanam di otak untuk membentuk tumor di sana. Kombinasi obat-nanopartikel juga tampaknya tidak beracun dan secara signifikan memperpanjang kelangsungan hidup dalam penelitian di laboratorium.
Selanjutnya, tim ingin menguji metode mereka di laboratorium untuk mereplikasi metastasis otak manusia lebih dekat, bahkan mungkin menggunakan sel kanker yang diturunkan dari pasien. Mereka juga ingin menguji obat tersebut dalam model laboratorium glioblastoma, kanker otak yang sangat agresif.
“Saya sangat tertarik dengan kimia polimer, dan menggunakannya untuk keperluan medis benar-benar membuat saya terpesona,” kata Akash Ashokan, seorang mahasiswa doktoral Universitas Miami yang bekerja di laboratorium Dhar dan penulis pendamping studi tersebut bersama dengan mahasiswa doktoral Shrita Sarkar. “Sangat menyenangkan melihat hal ini diterapkan pada terapi kanker.”
Referensi: “Penargetan tumor perifer dan otak secara bersamaan dengan nanopartikel terapeutik untuk mengganggu kemampuan adaptasi metabolik di kedua lokasi” oleh Akash Ashokan, Shrita Sarkar, Mohammad Z. Kamran, Bapurao Surnar, Akil A. Kalathil, Alexis Spencer dan Shanta Dhar, 6 Mei 2024, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
DOI: 10.1073/pnas.2318119121
SD mengakui dukungan finansial dari Sylvester Comprehensive Cancer Center, hibah dukungan Sylvester Comprehensive Cancer Center 1P30CA240139 yang didanai NCI, hibah Penelitian Kanker Bankhead Coley (8BC10), dan penghargaan pendanaan jembatan Sylvester.
