모노레일 기법을 개발한 조지아공대의 공식적인 입장입니다.

[말입니당]

http://www.news.gatech.edu/2014/02/15/researchers-hijack-cancer-migration-mechanism-%E2%80%9Cmove%E2%80%9D-brain-tumors

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치료 glioblastoma의 암이 너무 어렵게 한 요인은 그 새로운 위치를 침입하는 신경 섬유와 혈관을 따라 뇌에 퍼져 종양에서 악성 세포. 이제 연구자들은 멀리 종양 세포를 유혹하는 인간의 머리카락보다 얇은 나노 섬유의 필름을 사용하여 암에 대한 돌리면,이 철새 메커니즘을 납치 배웠습니다.

치료 glioblastoma의 암이 너무 어렵게 한 요인은 그 새로운 위치를 침입하는 신경 섬유와 혈관을 따라 뇌에 퍼져 종양에서 악성 세포. 이제 연구자들은 멀리 종양 세포를 유혹하는 인간의 머리카락보다 얇은 나노 섬유의 필름을 사용하여 암에 대한 돌리면,이 철새 메커니즘을 납치 배웠습니다. 이 비디오는 연구를 설명하고 그것이 작동하는 방법을 보여주는 애니메이션이 포함되어 있습니다. (비디오 : 조지아 테크)

대신 새로운 영역을 침범, 마이그레이션 세포는 특수하게 설계된 나노 섬유에 래치 위치에 그들을 따라 - 잠재적으로 두뇌 외부 - 그들은 캡처 죽을 수 있습니다. 이 기술을 사용하여, 연구자들은 부분적으로 더 접근 사람에게 작동 위치에서 종양을 이동할 수 있습니다. 그것은 암을 제거하지 않습니다 만, 새로운 기술은 뇌 암 이런 형태의 어느 날 더 많은 만성 질환과 같이 취급 될 수 있다고 제안, 동물 모델에서 뇌 종양의 크기를 감소.

"우리는 뇌 종양 세포는 일반적으로 뇌의 다른 부분을 공격하는 데 사용하는 신경과 혈관의 구조를 모방 한 고분자 박막의 나노 섬유를 설계했다"고 설명했다 라비 Bellamkonda , 수사관과 의자 의 생명의 월러스 헤 보습 바로 앞에 달린 풀 베는학과 조지아 공대와에 모리 대학에서 공학 . "암 세포는 일반적으로 이러한 자연 구조에 걸쇠와 뇌의 다른 부분에 모노레일처럼 타고. 매력적인 대안 섬유를 제공함으로써, 우리는 효율적으로 우리가 선택한 대상에 대한 다른 경로를 따라 종양을 이동할 수 있습니다. "

기술의 세부 사항은 저널에서 2010 년 2 월 16보고 된 자연 재료 . 연구는 국립 암 연구소 (NCI), 국립 보건 연구소의 한 부분에 의해 지원되었다, 애틀랜타 기반 이안의 친구들 재단 및 조지아 연구 얼라이언스.의 생명 공학 보습 바로 앞에 달린 풀 베는 날학과뿐만 아니라, 연구팀은 어린이 애틀랜타의 건강과에 모리 대학을 포함.

공격적이고 침략 암은 종종 외과 의사가 작동하기를 꺼려하는 두뇌의 부분에서 발전하기 때문에 또한 GBM로 알려진 Glioblastoma의 multiforme의 암, 치료하는 것은 어려운 일이다. 원발 종양을 제거 할 수없는 경우에도, 그러나 종종 진단되기 전에 다른 위치로 확산하고있다.

새로운 약물은 GBM을 공격하기 위해 개발되고 있지만 애틀랜타 기반의 연구진은 더 많은 엔지니어링 접근을하기로 결정했다. 이 GBM 연구의 첫 번째 저자가 늘 제인은 현재 매사추세츠 우스터 폴리 테크닉 대학의 생명 공학과 조교수입니다. 조지아 공대 대학원생으로, 제인은 척수 재생에 생체 적합 물질에했다. 그런 다음, Bellamkonda 실험실에서 박사 후 동료로, 그녀는 GBM에 대한 잠재적 인 새로운 치료 방법을 개발하기 위해 그녀의 졸업 작품을 적용 할 수있는 기회를 보았다.

"우리는 척수를 복구하기 위해 활성화하는 한 신호 전달 경로 연구원은 아교 모세포종에 대한 불 활성화하고자하는 동일한 경로 있었다"자이나교는 말했다. "암 응용 프로그램으로 이동하는 것은 자연스러운 진행하기 때문에 질병의 인간 전화의 큰 관심을 유지 하나였다."

종양 세포는 일반적으로 침입이 일어날 수 효소를 분비하여 건강한 조직을 공격, 그녀는 설명했다. 즉 활성은 암 세포에서 상당한 양의 에너지를 필요로한다.

"우리의 아이디어는 종양 세포에게 최소 저항의 경로, 뇌의 자연적인 구조를 유사하지만 어떤 더 많은 에너지를 소비하는 암 세포를 필요로하지 않기 때문에 매력을 제공했다"고 설명했다.

실험적으로, 연구진은 폴리 우레탄 캐리어에 둘러싸여 폴리 카프로 락톤 (PCL) 폴리머로 만든 섬유를 만들었습니다. 표면이 암 세포가 정상적으로 수행 신경 및 혈관의 윤곽을 시뮬레이트하는 섬유는, 사람의 GBM 종양 성장되었던 쥐의 뇌에 이식 하였다. 섬유, 인간의 머리카락의 절반 직경은 암 세포에 독성이있는 약물 cyclopamine를 포함하는 "종양 집"젤로 마이그레이션 세포를 선도하는 종양 가이드 역임했다.비교를 위해, 연구자들은 다른 쥐의 뇌에 PCL 또는 결이 PCL 필름을 포함하지 않는 섬유를 이식하고, 처리되지 않은 일부 쥐를 떠났다. 종양 수집기 젤 물리적 뇌 외부에 위치했다.

십팔일 후, 연구자들은 다른 쥐에 비해 종양의 크기는 실질적으로 종양 근처에 PCL 나노 섬유 이식을받은 동물에서 감소 된 것으로 나타났다. 종양 세포는 뇌 외부 콜렉터 겔로 모든 섬유의 전체 길이를 이동했다.

암을 근절하는 것은 항상 최적의 치료를 할 것이지만, Bellamkonda 말했다, 새로운 기술은 환자가 질병에도 불구하고 정상적인 삶을 살 수 있도록, 작동 암의 성장을 제어 할 수 있습니다.

"우리가 암에게 이러한 섬유의 탈출 밸브를 제공 할 수있는 경우, 즉 그들이 작동 될 수 있지만 그들이 성장하지 않기 때문에, 사람들이 암으로 살 수있는 같은 것을 천천히 성장하는 종양을 유지하는 방법을 제공 할 수있다"고 말했다. "아마도이 같은 아이디어로, 우리는 우리가 당뇨병이나 고혈압과 함께 생활하는 것처럼 암으로 살 수 있습니다."

기술은 인간에 사용되기 전에, 그러나, 광범위한 테스트를 받아야하고, FDA에 의해 승인 될 것이다 - 많은 10 개의 년이 걸릴 수있는 프로세스. 다음 단계 중에는 뇌암의 다른 형태 및 제거하기 어려울 수있다 암의 다른 종류의 기술을 평가한다.

나노 섬유와 뇌 암을 치료하는 기존의 약물 및 방사선 기술하는 것이 바람직 할 수 Bellamkonda 말했다.

"접근 방법에 대한 하나의 매력은 순수 장치를 사용하지 않는 것이있다"고 설명했다. "어떤 약물 혈류를 입력하고 건강한 세포를 손상하는 두뇌 순환이 없습니다. 최소 침습 영화 이러한 암을 치료하는 약제 화학 제품을 배포보다 훨씬 덜 위험 할 수 있습니다. "

이안의 친구들 재단, 어린 시절의 뇌 암에 대한 연구를 지원하는 애틀랜타 기반 조직에 의해 후원 된 기술에 대한 가능성을 확인하는 초기 연구를위한 종자 기금.

"우리는 조지아 테크 교수 Bellamkonda의 실험실가 작동 뇌종양 모두 더 많은 침략 지역에서 악성 종양으로 고통받는 사람들을 위해 아이들을위한 해결책을 찾을 수 있도록 도와에 만든 것을 진행에 더 흥분되지 않을 수있다"필 Yagoda, 중 하나라고 말했다 조직의 설립자. "이 연구 팀의 헌신과 비전으로,이 흥미롭고 뛰어난 작품은 지금 현실에 가깝다. 작동 지점으로 작동 종양의 움직임을 가능하게함으로써,이 작품은 그 모든 어린이와 부모에게 희망을 줄 수있는 아이들은 큰 싸움, 자신의 삶에 대한 싸움을. "  

Emory 대학 의과 대학에서 소아과에서 토비 맥도날드, 그리고 마사 Betancur, Gaurangkuma 파텔, 찬드라 Valmikinathan, 비벡 Mukhatyar, 이미 언급 한 그 외에도, 연구 팀은 애틀랜타의 어린이 건강 관리에 신경 외과에서 Barunashish 브라마 포함 , 조지아 테크와에 모리 대학의 생명 공학 월러스 헤 보습 바로 앞에 달린 풀 베는 부서의 아지트 Vakharia 및 S. Balakrishna 파이.

이 연구는 EUREKA 보너스 번호 R01-CA153229를 통해 건강의 국립 연구소의 국립 암 연구소 (NIH)에 의해 지원되었다. 어떤 결론이나 의견은 저자의 것이며, 반드시 NIH의 공식 견해를 대변하지 않는다.

ne factor that makes glioblastoma cancers so difficult to treat is that malignant cells from the tumors spread throughout the brain by following nerve fibers and blood vessels to invade new locations. Now, researchers have learned to hijack this migratory mechanism, turning it against the cancer by using a film of nanofibers thinner than human hair to lure tumor cells away.

One factor that makes glioblastoma cancers so difficult to treat is that malignant cells from the tumors spread throughout the brain by following nerve fibers and blood vessels to invade new locations. Now, researchers have learned to hijack this migratory mechanism, turning it against the cancer by using a film of nanofibers thinner than human hair to lure tumor cells away. This video describes the research and includes an animation showing how it would work. (Video: Georgia Tech)

Instead of invading new areas, the migrating cells latch onto the specially-designed nanofibers and follow them to a location – potentially outside the brain – where they can be captured and killed. Using this technique, researchers can partially move tumors from inoperable locations to more accessible ones. Though it won’t eliminate the cancer, the new technique reduced the size of brain tumors in animal models, suggesting that this form of brain cancer might one day be treated more like a chronic disease.

“We have designed a polymer thin film nanofiber that mimics the structure of nerves and blood vessels that brain tumor cells normally use to invade other parts of the brain,” explained Ravi Bellamkonda, lead investigator and chair of the Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering at Georgia Tech and Emory University. “The cancer cells normally latch onto these natural structures and ride them like a monorail to other parts of the brain. By providing an attractive alternative fiber, we can efficiently move the tumors along a different path to a destination that we choose.”

Details of the technique were reported February 16 in the journal Nature Materials. The research was supported by the National Cancer Institute (NCI), part of the National Institutes of Health; by Atlanta-based Ian’s Friends Foundation, and by the Georgia Research Alliance. In addition to the Coulter Department of Biomedical Engineering, the research team included Children’s Healthcare of Atlanta and Emory University.

Treating the Glioblastoma multiforme cancer, also known as GBM, is difficult because the aggressive and invasive cancer often develops in parts of the brain where surgeons are reluctant to operate. Even if the primary tumor can be removed, however, it has often spread to other locations before being diagnosed.

New drugs are being developed to attack GBM, but the Atlanta-based researchers decided to take a more engineering approach. Anjana Jain, who is the first author of this GBM study, is now an assistant professor in the Department of Biomedical Engineering at Worcester Polytechnic Institute in Massachusetts. As a Georgia Tech graduate student, Jain worked on biomaterials for spinal cord regeneration. Then, as a postdoctoral fellow in the Bellamkonda lab, she saw the opportunity to apply her graduate work to develop potential new treatment modalities for GBM.

“The signaling pathways we were trying to activate to repair the spinal cord were the same pathways researchers would like to inactivate for glioblastomas,” said Jain. “Moving into cancer applications was a natural progression, one that held great interest because of the human toll of the disease.”

Tumor cells typically invade healthy tissue by secreting enzymes that allow the invasion to take place, she explained. That activity requires a significant amount of energy from the cancer cells.

“Our idea was to give the tumor cells a path of least resistance, one that resembles the natural structures in the brain, but is attractive because it does not require the cancer cells to expend any more energy,” she explained.

Experimentally, the researchers created fibers made from polycaprolactone (PCL) polymer surrounded by a polyurethane carrier. The fibers, whose surface simulates the contours of nerves and blood vessels that the cancer cells normally follow, were implanted into the brains of rats in which a human GBM tumor was growing. The fibers, just half the diameter of a human hair, served as tumor guides, leading the migrating cells to a “tumor collector” gel containing the drug cyclopamine, which is toxic to cancer cells. For comparison, the researchers also implanted fibers containing no PCL or an untextured PCL film in other rat brains, and left some rats untreated. The tumor collector gel was located physically outside the brain.

After 18 days, the researchers found that compared to other rats, tumor sizes were substantially reduced in animals that had received the PCL nanofiber implants near the tumors. Tumor cells had moved the entire length of all fibers into the collector gel outside the brain.

While eradicating a cancer would always be the ideal treatment, Bellamkonda said, the new technique might be able to control the growth of inoperable cancers, allowing patients to live normal lives despite the disease.

“If we can provide cancer an escape valve of these fibers, that may provide a way of maintaining slow-growing tumors such that, while they may be inoperable, people could live with the cancers because they are not growing,” he said. “Perhaps with ideas like this, we may be able to live with cancer just as we live with diabetes or high blood pressure.”

Before the technique can be used in humans, however, it will have to undergo extensive testing and be approved by the FDA – a process that can take as much as ten years. Among the next steps are to eval‎uate the technique with other forms of brain cancer, and other types of cancer that can be difficult to remove.

Treating brain cancer with nanofibers could be preferable to existing drug and radiation techniques, Bellamkonda said.

“One attraction about the approach is that it is purely a device,” he explained. “There are no drugs entering the blood stream and circulating in the brain to harm healthy cells. Treating these cancers with minimally-invasive films could be a lot less dangerous than deploying pharmaceutical chemicals.”

Seed funding for early research to verify the potential for the technique was sponsored by Ian’s Friends Foundation, an Atlanta-based organization that supports research into childhood brain cancers.

"We couldn't be more thrilled with the progress that Georgia Tech and Professor Bellamkonda's lab have made in helping find a solution for children with both inoperable brain tumors and for those suffering with tumors in more invasive areas,” said Phil Yagoda, one of the organization’s founders. “With this research team’s dedication and vision, this exciting and exceptional work is now closer to reality. By enabling the movement of an inoperable tumor to an operable spot, this work could give hope to all the children and parents of those children fighting their greatest fight, the battle for their lives."  

In addition to those already mentioned, the research team included Barunashish Brahma from the Department of Neurosurgery at Children’s Healthcare of Atlanta; Tobey MacDonald from the Department of Pediatrics at Emory University School of Medicine, and Martha Betancur, Gaurangkuma Patel, Chandra Valmikinathan, Vivek Mukhatyar, Ajit Vakharia and S. Balakrishna Pai from the Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering at Georgia Tech and Emory University.

This research was supported by the National Cancer Institute of the National Institutes of Health (NIH) through EUREKA award number R01-CA153229. Any conclusions or opinions are those of the authors and do not necessarily represent the official views of the NIH.