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L'ingrediente chiave per trattamenti efficaci contro il cancro
Circa il 50% dei malati di cancro ha tumori resistenti alle radiazioni a causa dei bassi livelli di ossigeno, uno stato noto come ipossia. Una startup di San Francisco sta sviluppando proteine che potrebbero trasportare l'ossigeno ai tumori in modo più efficace, aumentando le probabilità che la radioterapia aiuti questi pazienti.
Mappa dell'ossigeno: Questa immagine mostra le gambe di un topo, con un tumore alla gamba sinistra. Le regioni ipossiche sono indicate in azzurro.
Il mese scorso, il National Cancer Institute (NCI) ha dato a quella startup, Omniox, un finanziamento di $ 3 milioni. Omniox sta collaborando con i ricercatori dell'NCI per verificare se i suoi composti che trasportano ossigeno migliorano la radioterapia negli animali con cancro.
La maggior parte dei tumori ha regioni ipossiche e i ricercatori ritengono che abbiano un impatto significativo sugli esiti del trattamento in circa la metà dei pazienti. Le cellule tumorali proliferano con tale abbandono da superare il loro apporto di sangue, creando regioni con livelli di ossigeno molto bassi. Questa mancanza di ossigeno spinge le cellule tumorali a generare più vasi sanguigni, che le cellule metastatiche usano per viaggiare in altre parti del corpo e diffondere il cancro.
La radioterapia dipende dall'ossigeno per funzionare. Quando le radiazioni ionizzanti colpiscono un tumore, generano sostanze chimiche reattive chiamate radicali liberi che danneggiano le cellule tumorali. Senza ossigeno, i radicali liberi sono di breve durata e la radioterapia non è efficace. La radioterapia viene praticata oggi partendo dal presupposto che i tumori siano ossigenati e ne verranno danneggiati, afferma Murali Cherukuri , capo della biofisica presso il Centro per la ricerca sul cancro presso l'NCI a Bethesda, nel Maryland. Le regioni ipossiche sopravvivono al trattamento e ripopolano il tumore.
Dagli anni '50, i ricercatori hanno provato molti modi per portare più ossigeno nei tumori, senza successo. Avere pazienti che respirano alti livelli di ossigeno prima della radiazione non funziona e lo sviluppo di un agente per trasportare l'ossigeno attraverso il sangue a un tumore si è rivelato molto difficile. Le proteine artificiali che imitano il vettore naturale di ossigeno del corpo, l'emoglobina, possono essere pericolosamente reattive, distruggendo altre sostanze chimiche importanti nel sangue. E altri portatori di ossigeno tendono ad aggrapparsi all'ossigeno troppo strettamente o a rilasciarlo troppo presto, prima che raggiunga le regioni meno ossigenate del tumore.
Speriamo che, poiché la maggior parte dei tumori è ipossica, potremmo migliorare l'efficacia della radioterapia in un gran numero di persone, afferma Stephen Cary, cofondatore e CEO di Omniox. L'azienda ha sviluppato una gamma di proteine su misura per trattenere l'ossigeno fino a quando non si trovano all'interno del tessuto ipossico. Queste proteine non sono basate sull'emoglobina, quindi non hanno gli stessi effetti tossici.
La tecnologia dell'azienda proviene dal laboratorio di Michael Marletta , professore di chimica all'Università della California, Berkeley. La maggior parte dei sostituti del sangue hanno fallito, dice Marletta, perché erano basati sulle proteine della globina, che include l'emoglobina. L'emoglobina è in grado di funzionare nel corpo perché è racchiusa nei globuli rossi. Le proteine globiniche non protette e ossigenate reagiscono con l'ossido nitrico nel sangue, distruggendo l'ossigeno, l'ossido nitrico e la proteina stessa.
Marletta iniziò a cercare frammenti proteici che si legassero all'ossigeno, ma non all'ossido nitrico. Ha iniziato con la sequenza genetica per la sezione delle proteine globiniche che si lega all'ossigeno. Ha quindi utilizzato un programma per computer per scansionare i database del genoma alla ricerca di sequenze simili. Ciò ha rivelato un gruppo di sequenze simili negli organismi unicellulari. Marletta ha studiato queste sequenze proteiche e ne ha trovato un gruppo che si lega all'ossigeno ma non all'ossido nitrico. Alterando leggermente le sequenze, Marletta ha scoperto di essere in grado di adattare la forza con cui la proteina si lega all'ossigeno. Questo livello di controllo significa che Omniox può progettare una proteina che rilascia ossigeno solo quando i livelli di ossigeno circostanti sono molto bassi, il che significa che la proteina deve viaggiare fino alla parte ipossica del tumore prima di rilasciare l'ossigeno.
Cary, che in precedenza era un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Marletta, ha co-fondato Omniox nel 2006 per sviluppare un agente terapeutico che trasporta ossigeno. La società ha raccolto un totale di circa $ 4 milioni dall'NCI e dall'Università della California Istituto per le Bioscienze Quantitative . L'azienda è attualmente ospitata nell'incubatore di startup biotecnologiche dell'università, il QB3 Garage .
Omniox ha finora dimostrato che le sue proteine si accumulano nei tumori degli animali viventi e che le proteine aumentano la concentrazione di ossigeno in questi luoghi.
Gli studi sulle proteine sono ora in corso presso l'NCI. Cherukuri, che non è affiliato con Omniox, ha sviluppato un tracciante da utilizzare con la risonanza magnetica che gli consente di creare una mappa 3D ad alta risoluzione delle concentrazioni di ossigeno nel tumore.
Cherukuri sta usando questo metodo per studiare gli effetti degli agenti di Omniox nei topi con tumori ipossici. Quando hai un tumore molto ipossico e inietti l'animale con [l'agente Omniox], l'ossigenazione aumenta, dice. Sta lavorando con General Electric per sviluppare un prototipo in scala umana di questo sistema di imaging.
Gli studi Omniox e NCI mirano a capire quale delle proteine dell'azienda funziona meglio, quando le proteine dovrebbero essere somministrate e se il trattamento migliora veramente l'efficacia della radioterapia. Gli studi esamineranno anche eventuali risposte immunitarie pericolose alle proteine estranee. Se i risultati sono promettenti, l'azienda spera di iniziare i test su pazienti umani nel 2013.