Mikrosfery „na miarę” szansą na skuteczniejsze ratowanie wątroby

Za kilka lat wśród środków do walki z nowotworami wątroby mogą się znaleźć mikrosfery żelowe z tlenku itru, wytwarzane w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku. Wyniki najnowszych badań nad oddziaływaniem nowych mikrosfer na materiał biologiczny okazują się obiecujące. Jeśli dalsze testy je potwierdzą, w przyszłości mikrosfery będzie można wytwarzać szybko i tanio, precyzyjnie dopasowując ich cechy do potrzeb konkretnego pacjenta.

Złośliwe nowotwory wątroby są groźnymi chorobami o wysokiej śmiertelności. Jedną z obiecujących metod ich leczenia jest zabieg radioembolizacji. W jego trakcie w obręb tkanki nowotworowej wprowadza się miliony radioaktywnych mikrosfer. Coraz więcej wskazuje, że w przyszłości mikrosfery te będzie można wytwarzać szybko i tanio pod kątem potrzeb terapeutycznych i anatomii konkretnych pacjentów. Takie wnioski płyną z doświadczeń nad nowymi mikrosferami z izotopem itru 90Y, wytwarzanymi i badanymi przez zespół pracowników warszawskich instytutów naukowych i medycznych z istotnym udziałem Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku. Radioembolizacja polega na podaniu do starannie wybranych naczyń krwionośnych prowadzących do tkanki nowotworowej milionów mikrosfer o odpowiedniej średnicy i aktywności. Gdy mikrosfery utykają w zwężających się tętnicach, odcinają guz od dopływu substancji odżywczych. Jednocześnie ich promieniowanie przez ściśle określony czas działa zabójczo na wrażliwe komórki nowotworowe w najbliższym otoczeniu.

„Mikrosfery, którymi zajmujemy się już od kilku lat, zawierają tlenek itru. Itr po napromienieniu neutronami w reaktorze przekształca się w radioaktywny izotop 90Y o okresie połowicznego rozpadu 64 godziny. W praktyce oznacza to, że każda mikrosfera po wprowadzeniu do organizmu przez dziesięć dni oddziaływałaby emitowanymi przez siebie elektronami na komórki nowotworowe znajdujące się w średniej odległości około trzech milimetrów”, mówi kierownik projektu badawczego dr hab. inż. Edward Iller, prof. NCBJ z należącego do NCBJ Ośrodka Radioizotopów POLATOM. Nowe mikroziarna o kształtach sferycznych są wytwarzane metodą zol-żel. Jest to złożony, wieloetapowy proces, kilka lat temu udoskonalony pod kątem wymogów radioembolizacji wątroby przez naukowców z POLATOM-u i Instytutu Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie. Pierwszy krok polega na przygotowaniu roztworu koloidalnego – zolu – zawierającego związki-prekursory docelowych cząstek, m.in. tlenku itru. Następnie zol zostaje poddany odpowiedniej koagulacji, po czym usuwa się rozpuszczalnik i zol przekształca się w żel. Po osuszeniu żel zmienia się w proszek, który stabilizuje się w wysokiej temperaturze. Proces jest w pełni kontrolowany i pozwala wytwarzać mikrosfery o żądanych średnicach z zakresu od 20 do 100 mikrometrów.

„W przypadku naszych mikrosfer moglibyśmy zindywidualizować terapię, dobierając aktywność mikrosfer pod kątem budowy anatomicznej wątroby i guza u konkretnego pacjenta. Jednak zanim dojdzie do pierwszych prób klinicznych, musimy przeprowadzić szczegółowe badania nad oddziaływaniem naszych mikrosfer na komórki i tkanki w organizmie. Pierwszą serię mamy właśnie za sobą”, mówi mgr inż. Maciej Maciak z Zakładu Metrologii Radiologicznej i Fizyki Biomedycznej NCBJ, pierwszy autor artykułu w czasopiśmie „Radiation Physics and Chemistry”.

W ramach najnowszych testów, finansowanych ze środków Narodowego Centrum Nauki, zbadano właściwości fizyczne, radiometryczne, dozymetryczne i biologiczne mikrosfer. Przede wszystkim ustalono, że po napromienieniu neutronami, w próbkach były obecne wysokie stężenia radioaktywnego izotopu 90Y. W celu obliczenia dawek pochłoniętego promieniowania skonstruowano odpowiedni model teoretyczny i przeprowadzono szereg symulacji komputerowych z użyciem metody Monte Carlo.

W raportowanej serii badań szczególną rangę miały jednak doświadczenia z materiałem biologicznym. Tematyka badawcza związana z użyciem mikrosfer z tlenkiem itru do radioembolizacji wątroby była od początku rozwijana w ścisłej współpracy z radiologami z Wojskowego Instytutu Medycyny w Warszawie. Właśnie tutaj w doświadczeniach in vitro zweryfikowano wpływ promieniowania mikrosfer na liczebność komórek raka jelita grubego. Zgodnie z przewidywaniami i symulacjami zaobserwowano, że liczba komórek nowotworowych malała ze wzrostem liczby oddziałujących na nie mikrosfer. Ponadto w Szkole Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie wykonano badania histopatologiczne, które przeprowadzono na modelu zwierzęcym. W ich wyniku ustalono, że mikrosfery lokowały się w naczyniach krwionośnych zgodnie z oczekiwaniami.

Wyniki wszystkich eksperymentów potwierdzają, że nowe mikrosfery z tlenkiem itru są obiecującą alternatywą dla współcześnie dostępnych środków komercyjnych i kwalifikują się do dalszych badań biologicznych i przedklinicznych. Zanim to nastąpi, zespół zaangażowany w projekt już planuje dopracować technologię wytwarzania mikrosfer, tak by była gotowa do potencjalnych zastosowań na szerszą niż laboratoryjna skalę.

PUBLIKACJE NAUKOWE:

„Physical properties and biological impact of 90Y microspheres prepared by sol-gel method for liver radioembolization” M. Maciak, M. Konior, D. Wawszczak, A. Majewska, K. Brodaczewska, P. Piasecki, J. Narloch, M. Sady, J. Olszewski, Z. Gajewski, C. Kieda, T. Dziel, E. Iller Radiation Physics and Chemistry 202 (2023) 110506 DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110506

ILUSTRACJA

Mikrosfery Y₂O₃ przygotowane metodą sol-gel umieszczono w kwarcowej kapilarze. Pokazano pojedynczą mikrosferę Y₂O₃ przygotowaną metodą sol-gel, powiększenie 150x. (Rysunek 3 z pracy https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110506)