PolyU mengembangkan nanosheet biomimetik untuk terapi dan pencitraan kanker

HONG KONG, 31 Mei 2021 — Sebuah tim peneliti dari Department of Applied Biology and Chemical Technology (ABCT) dari Universitas Politeknik Hong Kong (PolyU) telah mengembangkan jenis baru lembar nano biomimetik dengan fungsi pencitraan multi-modal, yang dapat melacak perkembangan tumor dan proses pengobatan secara real-time. Dengan memanfaatkan dua terapi kanker yang muncul, yaitu imunoterapi dan terapi fototermal, lembar nano biomimetik memungkinkan pengobatan tumor yang efektif dan tepat, yang secara signifikan akan meningkatkan hasil terapi tumor, mengurangi efek samping, dan meningkatkan tingkat kelangsungan hidup pasien. Temuan penelitian telah dipublikasikan dalam jurnal internasional bergengsi Advanced Science.

Profesor Wing-tak WONG, Ketua Profesor Teknologi Kimia ABCT PolyU (juga Wakil Presiden dan Rektor PolyU), dan timnya memulai penelitian pada tahun 2018. Profesor Wong mengatakan, “Para ahli biologi dan kimia PolyU telah didedikasikan untuk pengembangan obat baru selama bertahun-tahun, dan telah mencapai beberapa terobosan signifikan terutama dalam pengobatan kanker. Nanomaterial biomimetik yang baru dikembangkan yang dikembangkan oleh PolyU adalah bagian dari upaya kami dalam memerangi kanker. Dengan mengintegrasikan dua terapi kanker yang sedang berkembang, imunoterapi dan terapi fototermal, dengan tiga modalitas pencitraan untuk pertama kalinya, bahan nano biomimetik baru memberikan cetak biru desain praktis untuk pengembangan generasi baru agen terapi kanker yang memiliki kemampuan penargetan, kemanjuran, dan keamanan yang tinggi.”

Terapi sinergis- Menggabungkan imunoterapi dan terapi fototermal

Pengobatan kanker baru muncul karena pengobatan kanker konvensional seperti terapi bedah, kemoterapi dan radioterapi memiliki keterbatasan dan efek samping yang berbeda. Dr Summy Lo Wai-sum dari ABCT mengatakan, “Imunoterapi dan terapi fototermal adalah metode baru yang diharapkan dapat memberikan lebih banyak pilihan untuk pengobatan kanker. Nanosheet biomimetik yang dikembangkan oleh tim kami memungkinkan kami untuk menggabungkan dua metode ini untuk terapi sinergis. Dengan menerapkan terapi sinergis dalam percobaan untuk pengobatan tumor kolorektal, kami menemukan bahwa itu lebih efektif daripada terapi tunggal dan memiliki lebih sedikit efek samping pada tubuh manusia.”

Tim peneliti menggunakan lembar nano 2D (FePSe3) untuk mengembangkan bahan nano multifungsi baru untuk terapi kanker. PD-1 (kematian sel terprogram 1) ada pada sel T, sedangkan PD-L1 (ligan kematian sel terprogram-1) ada pada sel tumor. Sel kanker menghambat aktivasi sistem kekebalan dan mencegah sel T menyerang sel kanker melalui konjugasi PD-L1 dengan PD-1 pada sel T. Oleh karena itu tim memuat nanosheet FePSe3 dengan peptida anti-PD-1 (APP), yang dapat memblokir konjugasi antara PD-1 pada sel-T dan PD-L1 pada sel kanker untuk mencapai imunoterapi yang efisien. Tanpa secara langsung menyerang sel kanker, penyumbatan interaksi antara PD-1 dan PD-L1 telah dilaporkan mencabut fungsi sel T, yang mengarah pada peningkatan kekebalan antitumor.

Setelah dilapisi dengan membran sel kanker, nanosheet akan menjadi nanomaterial biomimetik dengan karakteristik membran sel tumor yang memberikan kamuflase yang efektif, memungkinkan mereka untuk menargetkan lokasi tumor secara efisien. Setelah nanosheet biomimetik disuntikkan ke dalam tubuh makhluk hidup, membran sel yang membungkus nanosheet secara istimewa akan menempel pada sel kanker dan perlahan terkelupas, memperlihatkan nanomaterial untuk memulai imunoterapi.

Dr Lo menjelaskan, “Sistem kekebalan bawaan menyerang benda asing yang mempersulit nanomaterial yang mengandung obat untuk mencapai lokasi tumor. Membran sel kanker memiliki karakteristik penargetan tumor yang akan menyatukan sel-sel homolog. Ini menjelaskan mengapa lembaran nano biomimetik menjadi tertarik pada sel kanker ketika mereka berada di dekat sel kanker selama sirkulasi darah. Selain itu, luas permukaan spesifik yang besar dari bahan nano 2D kondusif untuk meningkatkan rasio pemuatan obat peptida anti-PD-1, yang akan membantu meningkatkan efisiensi terapeutik, serta mengurangi dosis obat dan karenanya mengurangi efek samping.”

Di sisi lain, nanomaterial (FePSe3) yang dipilih memiliki efisiensi konversi fototermal yang baik, sehingga dapat mengubah radiasi laser inframerah dekat menjadi panas untuk membunuh sel tumor secara langsung, sehingga mencapai terapi fototermal yang efektif. Panas lebih lanjut dapat meningkatkan imunoterapi dengan menghambat pertumbuhan tumor secara efektif, yang menghasilkan efek sinergis dari imunoterapi dan terapi fototermal.

Tiga mode pencitraan untuk membantu pemantauan pengobatan kanker secara real-time

Nanosheet biomimetik yang dikembangkan PolyU juga dapat mencapai tujuan theranostik. Dengan memanfaatkan sifat magnetik, optik dan termal, bahan nano FePSe3 memungkinkan tiga modalitas pencitraan, yaitu pencitraan resonansi magnetik (MRI), pencitraan fotoakustik (PAI) dan pencitraan fototermal (PTI), untuk penelusuran dan pelacakan lokasi tumor secara real-time dan nanosheets, untuk mencapai diagnosis multimodal dalam pengobatan kanker.

Nanomaterial baru PolyU dapat memfasilitasi theranostics dengan menggabungkan diagnosis, terapi, dan pemantauan kemanjuran. Ini tidak hanya memungkinkan pencitraan dan pengobatan tumor, tetapi juga pemantauan hasil pengobatan secara real-time. Tim PolyU melakukan percobaan pada tikus yang membawa tumor kolorektal subkutan untuk menyelidiki aplikasi pada hewan hidup.

Studi menunjukkan bahwa volume tumor telah berkurang secara signifikan setelah 25 hari terapi sinergis, sedangkan tingkat kelangsungan hidup tikus tiga kali lebih tinggi daripada kelompok kontrol. Organ utama tikus, termasuk jantung, hati, limpa, paru-paru dan ginjal, tidak menunjukkan peradangan dan kerusakan yang jelas, menunjukkan keamanan hayati yang tinggi dan toksisitas rendah. Tim peneliti juga memanfaatkan kemampuan pencitraan MRI dan fotoakustik dari nanosheet biomimetik untuk mengamati tumor selama 24 jam, memvisualisasikan penargetan dan akumulasi bahan nano-theranostik di lokasi tumor. Melalui pencitraan fototermal, diamati bahwa nanomaterial dapat menghasilkan panas lokal di bawah iradiasi laser inframerah dekat dalam beberapa menit. Eksperimen membuktikan bahwa nanosheet biomimetik yang dikembangkan PolyU, dengan kemampuan pencitraan multi-modal, dapat menawarkan deteksi dan evaluasi perkembangan tumor yang akurat dan komprehensif, yang pada akhirnya mencapai theranostik bersama dengan efek terapeutik sinergis.

Dr Lo mengatakan, “Mengingat fakta bahwa ada kekurangan bahan theranostics yang efisien dan aman, nanomaterial biomimetik PolyU memiliki prospek yang menjanjikan dalam aplikasi. Di masa depan, tim kami akan memperluas aplikasi nanomaterial ini ke terapi dan studi kanker lainnya. metabolisme nanosheet dalam tubuh yang hidup, berharap lebih banyak pasien kanker dapat mengambil manfaat dari metode theranostik baru.”

Sumber: Universitas Politeknik Hong Kong

Sumber Berita: www.asiatoday.com

Author: Christopher Murphy