Ein Forschungsteam der University of Massachusetts Amherst gab kürzlich bekannt, dass ein neuer Impfstoff auf Basis von Nanopartikeln in Mausexperimenten eine Vielzahl aggressiver Krebsarten, darunter Melanome, Bauchspeicheldrüsenkrebs und dreifach negativen Brustkrebs, erfolgreich verhindert hat. Studien haben gezeigt, dass je nach Krebsart bis zu 88 % der geimpften Mäuse über den gesamten Versuchszeitraum tumorfrei blieben und diese Strategie in mehreren Versuchen die Krebsmetastasierung im Körper deutlich reduzierte oder sogar vollständig verhinderte.

Der Kern dieses Impfstoffkandidaten ist eine „Super-Adjuvans“-Plattform aus Lipid-Nanopartikeln, die zwei verschiedene immunstimulierende Moleküle gleichzeitig einkapseln und stabil abgeben und sie dann mit spezifischen Krebsantigenen oder „Tumorlysaten“ aus dem Tumor selbst kombinieren kann. Laut dem Forschungsteam simuliert dieses Design die Art und Weise, wie Krankheitserreger mehrere „Gefahrensignale“ an das Immunsystem senden, wodurch angeborene Immunzellen effektiver aktiviert werden und sie dazu gebracht werden, Antigene effizient zu präsentieren und T-Zellen-Abtötungsreaktionen gegen Tumore einzuleiten, während gleichzeitig ein dauerhaftes Immungedächtnis aufgebaut wird.

In der ersten Phase der Studie kombinierten die Forscher die Nanopartikelplattform mit bekannten Melanompeptidantigenen, impften Mäuse und injizierten dann drei Wochen später Melanomzellen, um eine Tumorprovokation zu simulieren. Die Ergebnisse zeigten, dass 80 % der Mäuse, die diesen „Super-Adjuvans“-Nano-Impfstoff erhielten, während des Beobachtungszeitraums von bis zu 250 Tagen ein tumorfreies Überleben aufrechterhielten, während die Kontrollgruppe, die herkömmliche Impfstoffe, Nicht-Nano-Formeln oder keine Impfung erhielt, alle Tumore entwickelte und innerhalb von 35 Tagen starb. Gleichzeitig traten in Experimenten, die die hämatogene Ausbreitung und Metastasierung simulierten, keine Metastasen in der Lunge von Mäusen auf, die mit dem Nanoimpfstoff geimpft worden waren, während in der Lunge aller Kontrolltiere deutliche Tumorknötchen gefunden wurden, was sein Potenzial zur Blockierung der Metastasierung unterstreicht.

Forschungsleiter Prabhani Atukorale, Assistenzprofessor der Abteilung für Biomedizinische Technik der Schule, wies darauf hin, dass das Team diesen Schutz als „Gedächtnisimmunität“ beschrieb. Sein Vorteil besteht darin, dass das Immungedächtnis nicht auf einen bestimmten Teil beschränkt ist, sondern sich im ganzen Körper ausbreitet und so langfristige Patrouillen und Wachsamkeit gegen Krebszellen aufrechterhält, die in der Zukunft auftreten könnten. Ihre frühere Arbeit hat gezeigt, dass ähnliche Nanoarzneimitteldesigns bestehende Bauchspeicheldrüsentumoren bei Mäusen verkleinern oder sogar beseitigen können, und dies zeigt weiter, dass dieselbe Plattform auch als vorbeugender Impfstoff verwendet werden kann, um eine Verteidigungslinie aufzubauen, bevor sich Tumore bilden.

Die Entwicklung spezieller Antigene für jede Krebsart erfordert jedoch häufig komplexe und teure genetische Sequenzierung und bioinformatische Analysen. Um dieses Hindernis zu überwinden, versuchte das Team in der zweiten Phase, „Tumorlysate“ aus direkteren Quellen als Antigene zu verwenden, indem es die gesamten Bestandteile der abgetöteten Krebszellen mit Nano-„Superadjuvantien“ kombinierte, um einen Impfstoff herzustellen, und testete dessen Schutzwirkung gegen Melanome, duktales Adenokarzinom der Bauchspeicheldrüse und dreifach negativen Brustkrebs an Mäusen. Die Ergebnisse waren verblüffend: In einem Bauchspeicheldrüsenkrebsmodell lehnten 88 % der geimpften Mäuse die Tumorbildung ab; in einem Brustkrebsmodell waren es 75 % und in einem Melanommodell 69 %. Alle geimpften Mäuse, die während der anfänglichen Belastung tumorfrei blieben, zeigten auch eine starke Resistenz gegen Metastasen, als ihnen anschließend systemisch erneut Krebszellen infundiert wurden.

Griffin Kane, der Erstautor der Arbeit und Postdoktorand an der Schule, sagte, dass eine starke tumorspezifische T-Zell-Reaktion der Schlüssel zur Verlängerung des Überlebens und zur Verhinderung eines erneuten Auftretens sei. Der Grund, warum diese Nanoplattform die T-Zell-Antworten erheblich verbessern kann, liegt darin, dass sie das Problem der „inkompatiblen“ Kompatibilität zwischen vielen vielversprechenden Immunadjuvantien löst: In herkömmlichen Präparaten ist es aufgrund unterschiedlicher molekularer Eigenschaften oft schwierig, mehrere immunstimulierende Moleküle stabil nebeneinander zu existieren, während Lipid-Nanopartikel wie ein „Trägerkompartiment“ verschiedene Adjuvantien koeinkapseln und koordiniert freisetzen können, wodurch eine mehrkanalige angeborene Immunaktivierung und eine effiziente Antigenpräsentation erreicht werden.

Forscher glauben, dass dieses Nanopartikelsystem eine solide Grundlage für die Entwicklung eines „Plattform“-Impfstoffs bietet, der an eine Vielzahl von Krebsarten angepasst werden kann. Es wird erwartet, dass es in Zukunft als therapeutischer Krebsimpfstoff eingesetzt wird, um diagnostizierten Patienten dabei zu helfen, ihre Krankheit zu kontrollieren und das Risiko eines erneuten Auftretens und einer Metastasierung zu verringern. Möglicherweise werden auch vorbeugende Impfprogramme für Hochrisikogruppen bereitgestellt. Atukorale und Kane konzentrierten sich auf diese Kerntechnologie und gründeten gemeinsam das Start-up-Unternehmen NanoVax Therapeutics, das sich der Förderung der klinischen Transformation dieser Plattform, der Verifizierung der Sicherheit und Wirksamkeit zur Risikominderung und der Ausweitung auf weitere Krebsarten und Behandlungsszenarien widmet.

Relevante Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Medicine“ mit einem Artikel mit dem Titel „Super-adjuvante Nanopartikel für die Plattformkrebsimpfung“ veröffentlicht. Das Team plant derzeit die Weiterentwicklung therapeutischer Krebsimpfstoffe auf der Grundlage der bestehenden Grundlage und hat mit der translationalen Forschung im Frühstadium begonnen. Die Forscher betonten außerdem, dass dieser Fortschritt auf der Unterstützung mehrerer Institutionen wie der Abteilung für Biomedizinische Technik, des Instituts für Angewandte Biowissenschaften und der Collaborating Medical School auf dem Campus beruht. Die multidisziplinäre Schnittstelle ist der Schlüssel zur Förderung der Nanoimmunisierungstechnologie vom Labor bis zur Klinik.