نانوذرات قندی برای درمان سرطان مغز؛ روش جدید عبور از سد خونی مغزی

گلیوبلاستوما یکی از تهاجمی ترین و مرگبارترین تومورهای مغزی است و درمان آن همچنان یکی از دشوارترین چالش های پزشکی به شمار می رود. جراحی، پرتودرمانی و شیمی درمانی می توانند روند پیشرفت بیماری را کند کنند، اما سلول های این سرطان معمولا به بافت های اطراف نفوذ می کنند و احتمال بازگشت تومور نیز بالا است. اکنون پژوهشگران دانشگاه ایالتی اورگن روشی آزمایشی طراحی کرده اند که با استفاده از نانوذرات پوشیده شده با قند، یک پیام ژنتیکی ضد سرطان را از سد خونی مغزی عبور می دهد و مستقیما به سلول های تومور می رساند.

این روش که از نظر عملکرد به ترفند اسب تروا شباهت دارد، در آزمایش های حیوانی توانسته رشد تومور را به شکل قابل توجهی کاهش دهد و طول عمر موش های مبتلا به گلیوبلاستوما را افزایش دهد. با این حال، این فناوری هنوز روی انسان آزمایش نشده است و نمی توان آن را درمان قطعی سرطان مغز دانست. نتایج این پژوهش در مجله علمی Journal of Controlled Release منتشر شده است.

گلیوبلاستوما چرا درمان دشواری دارد؟

گلیوبلاستوما نوعی سرطان سریع رشد مغز است که سلول های آن می توانند به بخش های مختلف بافت مغزی نفوذ کنند. به همین دلیل، جراحان معمولا نمی توانند تمام سلول های سرطانی را بدون آسیب زدن به بافت سالم مغز خارج کنند. حتی پس از جراحی نیز ممکن است سلول های باقی مانده دوباره تکثیر شوند و تومور جدیدی تشکیل دهند.

یکی دیگر از موانع مهم درمان این بیماری، وجود سد خونی مغزی است. این سد از سلول های به هم پیوسته رگ های خونی تشکیل شده و وظیفه دارد از ورود سموم، عوامل بیماری زا و بسیاری از ترکیبات خارجی به مغز جلوگیری کند. چنین ساختاری برای محافظت از مغز ضروری است، اما هم زمان ورود بسیاری از داروهای ضد سرطان را نیز محدود می کند.

بر اساس اعلام دانشگاه ایالتی اورگن، نرخ بقای دو ساله بیماران مبتلا به گلیوبلاستوما کمتر از ۳۰ درصد است. همین آمار نشان می دهد که یافتن روش های تازه برای انتقال هدفمند دارو به مغز تا چه اندازه اهمیت دارد.

نانوذرات قندی چگونه از سد خونی مغزی عبور می کنند؟

مغز برای ادامه فعالیت خود به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد و گلوکز یکی از مهم ترین منابع تامین این انرژی است. به همین دلیل، در سد خونی مغزی پروتئین هایی وجود دارند که وظیفه انتقال قند از خون به مغز را بر عهده دارند. پژوهشگران از همین مسیر طبیعی برای رساندن نانوذرات به بافت مغز استفاده کرده اند.

در این روش، سطح نانوذرات لیپیدی با مولکول های قندی به نام مانوز پوشانده شده است. مانوز از نظر ساختاری به گلوکز شباهت دارد و می تواند با ناقل قندی GLUT1 تعامل برقرار کند. پژوهشگران با متصل کردن مانوز به کلسترول، سطح نانوذرات را با تراکم بالایی از قند پوشاندند تا احتمال شناسایی و انتقال آنها از طریق GLUT1 افزایش پیدا کند.

این طراحی اهمیت زیادی دارد، زیرا خون به طور طبیعی حاوی مقدار فراوانی گلوکز است و نانوذرات باید برای دسترسی به ناقل GLUT1 با مولکول های گلوکز رقابت کنند. پوشش متراکم مانوز باعث شد نانوذرات شانس بیشتری برای اتصال به این ناقل و عبور از سد خونی مغزی داشته باشند.

سلول های سرطان مغز چگونه به دام قند می افتند؟

عبور از سد خونی مغزی تنها مرحله نخست این درمان آزمایشی است. نانوذرات پس از ورود به مغز باید بتوانند سلول های سرطانی را از سلول های سالم تشخیص دهند و محموله خود را در محل تومور آزاد کنند. در این مرحله، نیاز شدید گلیوبلاستوما به قند به نقطه ضعف آن تبدیل می شود.

سلول های گلیوبلاستوما برای رشد سریع و تکثیر مداوم به انرژی زیادی احتیاج دارند. بر اساس یافته های پژوهشگران، این تومورها میزان بیشتری از ناقل GLUT1 را در مقایسه با بافت سالم مغز تولید می کنند. در نتیجه، نانوذرات دارای پوشش مانوز بیشتر به سمت سلول های تومور جذب می شوند و در بافت سرطانی تجمع پیدا می کنند.

به این ترتیب، یک مولکول قندی واحد دو وظیفه را انجام می دهد: ابتدا به نانوذره کمک می کند از سد خونی مغزی عبور کند و سپس باعث می شود همان نانوذره با احتمال بیشتری به سلول های سرطان مغز برسد. پژوهشگران این ویژگی را هدف گیری دوگانه با یک لیگاند توصیف کرده اند.

نقش آر ان ای پیام رسان و پروتئین PTEN در درمان تومور

نانوذرات قندی تنها وسیله حمل هستند و اثر اصلی درمان به محموله ژنتیکی داخل آنها مربوط می شود. پژوهشگران درون این نانوذرات، آر ان ای پیام رسان یا mRNA قرار داده اند که دستور ساخت پروتئینی به نام PTEN را به سلول منتقل می کند. این پروتئین یکی از عوامل مهم کنترل رشد و تقسیم سلولی است.

عملکرد PTEN را می توان به ترمز رشد سلول تشبیه کرد. این پروتئین مسیرهای مولکولی مرتبط با تکثیر سلولی را کنترل می کند و مانع رشد بی رویه سلول ها می شود. در بسیاری از تومورهای گلیوبلاستوما، عملکرد PTEN از بین رفته یا کاهش یافته است و همین موضوع به سلول های سرطانی اجازه می دهد با سرعت بیشتری تکثیر شوند.

پس از ورود نانوذرات به سلول تومور، mRNA آزاد می شود و سلول را وادار می کند دوباره پروتئین PTEN تولید کند. هدف این است که با بازگرداندن این عامل مهار کننده، سرعت رشد تومور کاهش پیدا کند و زمینه مرگ سلول های سرطانی فراهم شود.

نتایج آزمایش نانوذرات قندی روی موش ها

پژوهشگران برای بررسی میزان اثربخشی این سامانه، آن را روی مدل های موشی مبتلا به گلیوبلاستوما آزمایش کردند. نتایج نشان داد پوشش مانوز تاثیر زیادی بر انتقال نانوذرات به مغز داشته است. با وجود امیدوارکننده بودن این یافته ها، باید توجه داشت که نتایج حیوانی همیشه به همان شکل در بدن انسان تکرار نمی شوند.

مهم ترین نتایج گزارش شده در این آزمایش عبارت بودند از:

• میزان ورود نانوذرات دارای پوشش مانوز به مغز، حدود ۹.۹ برابر بیشتر از نانوذرات بدون این پوشش بود.
• پس از ۲۸ روز، تومور در گروه درمان نشده به طور متوسط حدود ۵۲ درصد از مغز را درگیر کرده بود.
• در موش های دریافت کننده نانوذرات قندی حامل mRNA مربوط به PTEN، میزان درگیری مغز با تومور به حدود ۲.۳ درصد رسید.
• میانه زمان بقای موش های درمان نشده حدود ۳۳ روز بود، در حالی که این عدد در گروه درمان شده به حدود ۴۹ روز افزایش یافت.
• بررسی اندام های اصلی بدن، نشانه مشخصی از آسیب شدید ناشی از درمان نشان نداد.

افزایش بقا از ۳۳ روز به ۴۹ روز به معنای افزایش تقریبی ۵۰ درصدی میانه عمر در این مدل حیوانی است. با این حال، درمان باعث ریشه کن شدن کامل بیماری نشد و پژوهشگران نیز آن را به عنوان درمان قطعی معرفی نکرده اند.

آیا نانوذرات قندی سرطان مغز را در انسان درمان می کنند؟

نتایج به دست آمده نشان می دهد این سامانه می تواند مسیر امیدوارکننده ای برای درمان هدفمند گلیوبلاستوما باشد، اما فاصله میان موفقیت در مدل حیوانی و تبدیل شدن به یک درمان انسانی معمولا طولانی است. بدن انسان از نظر اندازه، متابولیسم، سیستم ایمنی و ساختار تومور با مدل های آزمایشگاهی تفاوت دارد.

پیش از استفاده بالینی، پژوهشگران باید ایمنی نانوذرات، مقدار مناسب تزریق، نحوه توزیع آنها در بدن، احتمال ایجاد واکنش ایمنی و تاثیر درمان در بلند مدت را بررسی کنند. همچنین لازم است این روش در مدل های حیوانی بزرگ تر و سپس در مراحل مختلف کارآزمایی بالینی آزمایش شود.

بنابراین، استفاده از عبارت هایی مانند «درمان قطعی سرطان مغز» یا «نابودی کامل گلیوبلاستوما» در شرایط فعلی دقیق نیست. یافته های موجود تنها نشان می دهند که این روش در موش ها باعث کاهش قابل توجه رشد تومور و افزایش زمان بقا شده است.

جمع بندی

پژوهش جدید دانشگاه ایالتی اورگن نشان داده است که نانوذرات لیپیدی پوشیده شده با مانوز می توانند با استفاده از ناقل GLUT1 از سد خونی مغزی عبور کنند، در بافت گلیوبلاستوما تجمع پیدا کنند و mRNA لازم برای تولید پروتئین مهار کننده تومور PTEN را به سلول های سرطانی برسانند. این روش در آزمایش روی موش ها باعث کاهش چشمگیر اندازه تومور و افزایش میانه زمان بقا شد، بدون آنکه آسیب جدی آشکاری در اندام های اصلی ایجاد کند.

با وجود این نتایج، نانوذرات قندی هنوز یک درمان تایید شده برای سرطان مغز نیستند و کارایی آنها در انسان مشخص نشده است. اهمیت اصلی این پژوهش در ارائه روشی تازه برای عبور هدفمند دارو از سد خونی مغزی است؛ مانعی که سال ها بسیاری از درمان های سرطان مغز و بیماری های عصبی را متوقف کرده است. اگر نتایج این مطالعات در مراحل بعدی نیز تایید شود، این فناوری می تواند مسیر توسعه نسل تازه ای از درمان های هدفمند مغزی را هموار کند.