– Det här är första gången en jonpump har testats som möjlig behandling mot elakartade hjärntumörer. Vi gjorde försöken på cancerceller i laboratoriemiljö och resultaten är väldigt lovande. Men det kommer nog dröja fem till tio år innan vi ser den här nya tekniken användas som medicinsk behandling mot hjärncancer, säger Daniel Simon, biträdande professor på Laboratoriet för organisk elektronik på Institutionen för teknik och naturvetenskap vid Linköpings universitet.
I försöken har forskarna använt glioblastom som är den vanligaste och mest aggressiva cancertypen som kan uppstå i hjärnan. När en hjärntumör har opererats bort finns ofta små delar av tumören kvar, inbäddat mellan hjärncellerna. Daniel Simon, biträdande professor på Laboratoriet för organisk elektronik. Foto Thor BalkhedTrots hög kirurgisk precision går de inte att ta bort utan att skada kringliggande frisk hjärnsubstans. Därför används också radioaktiv strålning och cytostatika för att stoppa återväxten av cancertumören.
Kringgår blod-hjärnbarriären
I Sverige finns ett 30-tal cytostatika för behandling av olika typer av cancer. Läkemedlet, eller cytostatikan, ges oftast intravenöst eller som tabletter. Men för att det ska kunna nå hjärnan behöver det först spridas i blodomloppet och sedan passera blod-hjärnbarriären. Den utgörs av att kärlväggarna i hjärnans små blodkärl är mycket tätare än blodkärlen i resten av kroppen och hindrar många ämnen i blodet från att komma in i hjärnan. Det innebär att endast ett fåtal effektiva läkemedel mot cancer kan passera.
Nu har forskare vi Linköpings universitet tillsammans med Medicinska universitet i Graz utvecklat en metod där en implanterad jonpump kan användas för att kringgå blod-hjärnbarriären och tillföra gemcitabin – ett mycket effektivt cellgift som inte kan passera blod-hjärnbarriären på egen hand – direkt i hjärnan med stor precision. Linda Waldherr, postdoktor vid medicinska universitet i Graz. Foto The Medical University of GrazGemcitabin används idag som behandling av bland annat cancer i bukspottskörteln, urinblåsan och bröstcancer och verkar genom att störa celldelningen i snabbväxande tumörer. Det innebär också att gemcitabin inte påverkar hjärncellerna som i regel inte delar sig.
– Behandlingen mot glioblastom som används idag skadar både cancer- och nervceller i samma utsträckning. Men med gemcitabin-jonpumpen påverkas endast cancercellerna, medan nervcellerna förblir intakta. Dessutom visar våra experiment på odlade glioblastomceller att fler cancerceller dör när vi använder jonpumpen än vid manuell behandling, säger Linda Waldherr, postdoktor vid medicinska universitet i Graz som genomfört studien tillsammans med forskarna på Linköpings universitet.
Precis dosering
När jonpumpen ska transportera gemcitabin från en behållare med elektrolytlösning till hjärnan, används en svag ström som ”pumpar” det positivt laddade läkemedlet genom en transportkanal. Metoden kallas elektrofores. Jonpumpen behöver endast låg strömstyrka för att pumpa fram gemcitabin, vilket är en fördel då inga hjärnceller riskerar att aktiveras och skicka nervsignaler av misstag. Rainer Schindl, biträdande professor vid medicinska universitetet i Graz. Foto The Medical University of GrazDen låga strömstyrkan och spänningen innebär också att framtida behandlingsteknik inte kommer behöva kraftig strömförsörjning eller tunga batterier eller för att fungera.
Enlig Rainer Schindl, biträdande professor på medicinska universitetet i Graz, finns det även andra fördelar.
– Trycket inuti hjärnan är väldigt känsligt och genom att använda en jonpump för att transportera läkemedlet kan trycket förbli opåverkat. Dessutom styrs doseringen med elektrisk laddning vilket gör att tillförseln av cellgiftet blir väldigt precis. Nästa steg är att använda jonpumpen för att utvärdera olika cellgifter som tidigare har gett för stora biverkningar eller som inte kunnat passera blod-hjärnbarriären, säger Rainer Schindl.
Forskningen finansieras i huvudsak av Österrikes vetenskapsfond, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse samt Stiftelsen för strategisk forskning.
Artikeln: Targeted chemotherapy of glioblastoma spheroids with an iontronic pump Linda Waldherr, Maria Seitanidou, Marie Jakešová, Verena Handl, Sophie Honeder, Marta Nowakowska, Tamara Tomin, Meysam Karami Rad, Tony Schmidt, Joachim Distl, Ruth Birner-Gruenberger, Gord von Campe, Ute Schäfer, Beate Rinner, Martin Asslaber, Nassim Ghaffari-Tabrizi-Wizsy, Silke. Patz, Daniel T. Simon, Rainer Schindl Advanced Materials Technologies 2021 doi: 10.1002/admt.202001302
Den vita cirkeln är ett tvärsnitt av glaskapillären som transporterar cytostatika från jonpumpen. Den är drygt 200 nanometer i diameter. Den svara pricken i mitten är själva kanalen där läkemedlet transporteras. Bredvid är en glioblastomsfär. Foto The Medical University of Graz