Un nou „burete” imprimat 3-D amortizează excesul de medicamente chimioterapice

Aducând abilitățile de filtrare ale unei celule de combustibil în vasele de sânge ale organismelor vii, un nou dispozitiv ar putea reduce efectele toxice ale tratamentului cancerului.

În centrul acestei abordări – testat recent la porci – se află un „burete” mic, cilindric, creat prin imprimare 3-D. Înfipt într-o venă în apropierea unei tumori care este tratată cu chimioterapie, buretele ar putea absorbi excesul de medicament înainte de a se răspândi prin corp – reducând astfel efectele secundare dăunătoare ale chimioterapiei, inclusiv vărsături, suprimare imună sau chiar insuficiență cardiacă.

Un studiu uman ar putea fi lansat „în câțiva ani, dacă toate stelele sunt aliniate”, spune Steve Hetts, neuroradiolog la Universitatea din California, San Francisco, care a venit cu conceptul de captare a medicamentelor. A lucrat cu ingineri de la UC Berkeley și din alte părți pentru a crea și testa prototipuri.

Un test al celui mai recent prototip a arătat că absorbantul a capturat aproape două treimi dintr-un medicament de chimioterapie obișnuit infuzat într-o venă din apropiere, fără a declanșa cheaguri de sânge sau alte probleme evidente la porc, raportează Hetts și colegii săi pe 9 ianuarie. ACS Central Science.

Studiul abordează o nevoie majoră, spune Eleni Liapi, un radiolog la Johns Hopkins University School of Medicine, care nu este implicat în noua lucrare. Metodele existente pentru controlul administrării chimioterapiei nu blochează complet evacuarea medicamentelor, notează ea. „Un progres tehnologic pentru a reduce circulația drogurilor nedorite este întotdeauna binevenit.”

Chimioterapia este adesea administrată intravenos în speranța că un anumit tratament ajunge la locul cancerului. Într-o formă mai localizată de chimioterapie folosită pentru a trata tumorile greu de îndepărtat, medicamentul călătorește prin firele cateterului șerpuite în artere care merg direct la tumoră. Deși această tehnică, cunoscută sub numele de chemoembolizare transarterială sau TACE, este administrată la zeci de mii de oameni în fiecare an, de obicei, o parte din medicamentele injectate ocolește locul tumorii și alunecă în circulația generală, unde poate face ravagii în altă parte.

Hetts folosește metoda transarterială pentru a trata bebelușii cu o tumoare rară a ochiului numită retinoblastom – și au fost acele experiențe care au dat naștere ideea „buretelui” în primul rând. După ce chimioterapia a urmat cursul prin catetere transarteriale, tumorile oculare ale sugarilor s-au micșorat. Cu toate acestea, câteva săptămâni mai târziu, numărul lor de celule sanguine a scăzut, sugerându-i lui Hetts că unele dintre medicamentele chimio scapă din ochi și afectează alte celule. Acele observații în urmă cu opt ani l-au determinat pe Hetts să creadă că „dacă aș avea un dispozitiv pe care l-aș putea pune în venă pentru a lega excesul de medicament, atunci poate că acești copii mici nu ar avea efectul secundar” de suprimare imunitară.

Chirurgii cardiaci folosesc un „filtru” similar pentru a îndepărta bucățile de placă de colesterol din arterele persoanelor cu ateroscleroză, o boală caracterizată prin înfundarea și întărirea arterelor. Hetts a imaginat un dispozitiv similar pentru tratamentul chimioterapic – „dar nu doar o membrană mută, inertă, pentru a capta resturile”, spune el. „Am vrut o membrană „inteligentă” care se leagă chimic de un medicament.”

În loc să încerce să dezvolte un dispozitiv de capcană cu medicamente pentru o tumoare super rară – retinoblastomul are doar 300 de cazuri noi pe an în Statele Unite – echipa lui Hetts s-a concentrat pe un medicament chimio pentru cancerul hepatic, despre care se estimează că va afecta peste 40.000 de americani. anul acesta și ucide trei sferturi dintre ei.

Anand Patel, un stagiar în laboratorul lui Hetts cu experiență în bioinginerie, a testat un lot de rășini și a găsit mai multe care s-ar putea lega de acest medicament, cunoscut sub numele de doxorubicină. Pentru a optimiza rășinile și a le pune pe vârfurile firelor de ghidare, Patel a căutat ajutor cu e-mailuri „apel la rece” către profesorii locali. Nitash Balsara – un inginer chimist UC Berkeley cu experiență în chimia polimerilor și membrane – „a fost de fapt suficient de nebun încât să-mi returneze e-mailul cu interes”, spune Patel, care acum lucrează ca radiolog intervențional în zona Los Angeles.

Laboratorul lui Balsara dezvoltă materiale pentru a regla fluxul de ioni în baterii și celule de combustibil. După cum se dovedește, aceste procese de filtrare sunt „foarte asemănătoare cu cele de care aveam nevoie pentru a capta excesul de medicamente pentru chimioterapie din sânge”, spune Patel. Echipa a lucrat cu Carbon, Inc., o companie de imprimare 3D din zona Golfului San Francisco, pentru a introduce materialul de legare a medicamentelor pe un „burete în formă de cilindru” de 30 de milimetri lungime aproximativ la fel de lat ca o paie de băut. . Hee Jeung Oh, de la UC Berkeley, a petrecut mai mult de un an lucrând la cum să atașeze materialul de legare a medicamentelor la cilindrul imprimat 3-D cu suporturi încrucișate.

În experimente, echipa a injectat medicamentul pentru cancer la ficat prin piciorul porcului și venele pelvine – care sunt similare ca lățime cu venele hepatice umane, spune Hetts. Înainte de a infuza medicamentul pentru chimioterapie, cercetătorii au introdus buretele imprimat 3-D la câțiva centimetri de locul de perfuzie – precum și catetere deasupra și sub burete pentru colectarea probelor de sânge pentru a măsura absorbția medicamentului în timp. În decurs de o jumătate de oră, dispozitivul a absorbit, în medie, 64 la sută din medicamentul pentru cancerul hepatic.

Următoarea rundă de studii va monitoriza captarea doxorubicinei de către bureții medicamentoase introduși direct în venele hepatice ale porcilor.