Kohdennetut nanopartikkelit ja isotooppikuvantaminen syövän hoidossa

Syövän diagnostiikassa ja hoidossa nanopartikkelit voivat toimia kuljetinaineina lääke- ja diagnostisille aineille tai nukleiinihappojaksoille. Kantaja-aineeseen voidaan liittää kohdennusmolekyylejä partikkelien passiivista tai aktiivista kohdennusta varten tai radioleima kuvantamista tai radioterapiaa varten. Kantaja-aineiden avulla voidaan parantaa lääkeaineen fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia ja biologista hyötyosuutta, vähentää systeemisiä sivuvaikutuksia, pidentää lääkeaineen puoliintumisaikaa ja siten harventaa annosteluväliä, sekä parantaa lääkeaineen pääsyä kohdekudokseen. Näin voidaan parantaa kemo- ja radioterapian tehoa ja hoidon onnistumisen todennäköisyyttä. Kirjallisuuskatsauksessa perehdytään nanokantajien rooliin syövän hoidossa. Vuosikymmeniä jatkuneesta tutkimuksesta huolimatta vain kaksi (Eurooppa) tai kolme (Yhdysvallat) nanopartikkeliformulaatiota on hyväksytty markkinoille syövän hoidossa. Ongelmina ovat riittämätön hakeutuminen kohdekudokseen, immunogeenisyys ja nanopartikkelien labiilius. Kokeellisessa osassa tutkitaan in vitro ja hiirillä in vivo 99mTc-leimattujen, PEG-verhoiltujen biotiiniliposomien kaksivaiheista kohdennusta ihmisen munasarjan adenokarsinoomasoluihin. Kohdentamiseen käytetään biotinyloitua setuksimabi-(Erbitux®) vasta-ainetta, joka sitoutuu solujen yli-ilmentämiin EGF-reseptoreihin. Kaksivaiheista kohdennusta verrataan suoraan ja/tai passiiviseen kohdennukseen. Tehokkaampien kuvantamismenetelmien kehitys on vauhdittanut kohdennettujen nanopartikkelien tutkimusta. Isotooppikuvantamista käyttäen pystytään seuraamaan radioleiman jakautumista elimistössä ja kuvantamaan solutasolla tapahtuvia ilmiöitä. Kirjallisuuskatsauksessa perehdytään SPECT- ja PET-kuvantamiseen syövän hoidossa, sekä niiden hyödyntämiseen lääkekehityksessä nanopartikkelien kuvantamisessa. Kyseiset kuvantamismenetelmät erottuvat muista menetelmistä korkean erotuskyvyn, herkkyyden ja helppokäyttöisyyden suhteen. Kokeellisessa osassa 99mTc-leimattujen liposomien distribuutiota hiirissä tutkittiin SPECT-CT-laitteen avulla. Aktiivisuus kasvaimessa, pernassa ja maksassa kvantifioitiin InVivoScope-ohjelman ja gammalaskijan avulla. Tuloksia verrattiin keskenään. In vitro-kokeessa saavutettiin kaksivaiheisella kohdennuksella 2,7- 3,5-kertainen (solulinjasta riippuen) hakeutuminen soluihin kontrolliliposomeihin verrattuna. Kuitenkin suora kohdennus toimi kaksivaiheista kohdennusta paremmin in vitro. In vivo –kokeissa liposomit jakautuivat kasvaimeen tehokkaammin i.p.-annosteltuna kuin i.v.-annosteltuna. Kaksivaiheisella kohdennuksella saavutettiin 1,24-kertainen jakautuminen kasvaimeen (% ID/g kudosta) passiivisesti kohdennettuihin liposomeihin verrattuna. %ID/elin oli kohdennetuilla liposomeilla 5,9 % ja passiivisesti kohdennetuilla 5,4%. Todellinen ero oli siis pieni. InVivoScope:n ja gammalaskijan tulokset eivät korreloineet keskenään. Lisätutkimuksia ja menetelmän optimointia vaaditaan liposomien kohdennuksessa kasvaimeen.

In cancer therapy nanocarriers can be loaded with therapeutic or diagnostic agent and nucleic acid sequences. Targeting moieties can be attached to the nanocarrier for passive or active targeting or carrier can be labeled with radioactive isotope for imaging or radiotherapeutic purposes. Enclosing the drug in a nanocarrier may improve the molecule’s physico-chemical properties, bioavailability, reduce side-effects, longer the circulation time and dosing interval, and improve uptake in the target tissues. Thus, the efficacy of chemo- or radiotherapeutic could be improved. It may lead to improved survival. Pro gradu investigates nanocarriers’ role in cancer therapy. Regardless of research, continued for decades, only 2 (Europe) or 3 (United States) nanoparticle formulations are approved in cancer therapy. Major limiations are inefficient uptake in the target tissue, immunogenicity of nanoparticles and targeting ligands, and lability. The aim of this study was to investigate pre-targeting of 99mTc-labeled, PEGylated and biotinylated liposomes into human ovarian adenocarcinoma cells in vitro and in mice in vivo. Targeting moiety used was biotinylated cetuximab (Erbitux®), an antibody that binds into EGF-receptors, over-expressed in these cells. Pre-targeting was compared to active one step-targeting, with antibody attached to liposomes, and passive targeting. Development of more accurate imaging techniques has accelerated the investigation of targeted nanoparticles. Molecular imaging enables real-time tracking of nanoparticle distribution and metabolic changes. In literature review, SPECT and PET imaging in cancer therapy and nanoparticle research, will be discussed. These imaging methods overcome challenges in sensitivity and accuracy, faced by other imaging methods. In this study we also investigated the biodistribution of 99mTc-labeled liposomes in mice using NanoSPECT-CT-device. Activity in tumor, spleen and liver was quantified using InVivoScope-software and gamma counter and these results were compared. In in vitro study, pre-targeting method was 2,7and 3,5-times more efficient compared to the liposome controls in SKOV3 and SKOV3.ip1 cell lines, respectively. Although, one-step targeting formulation targeted the cells even better. In in vivo –study, i.p.-administered liposomes distributed into tumor more efficiently compared to i.v.-administered liposomes. I.p. pre-targeting method was 1,24-fold more efficient compared to passive targeting, considering the % ID / g tissue. However, %ID/organ in pre-targeting method was 5,9 % whereas passive targeting reached the value of 5,4 %. Conclusively, the difference between pre-targeting and passive targeting was modest. InVivoScope and gamma counter quantification results didn’t correlate. Further investigation is needed and protocol optimization required in targetin liposomes into tumors.