EGFR Specific Affibody for Diagnostic Detection and Therapeutic Targeting of Thyroid Cancer Cells

Schilddrüsenkrebs ist die häufigste Art von Krebs, die die hormonproduzierenden Drüsen des Körpers betrifft. Während viele Fälle dieser Krankheit langsam wachsend sind und eine hervorragende Überlebensrate aufweisen, sieht eine kleinere Gruppe von Patienten eine gefährlichere Realität. In diesen aggressiven Fällen breitet sich der Krebs in anderen Teilen des Körpers aus oder kehrt nach der Behandlung zurück, oft weil sich die Tumorzellen auf eine Weise verändert haben, die sie resistent gegen Standardtherapien macht. Ein Schlüsselfaktor für dieses aggressive Verhalten ist ein Protein auf der Oberfläche der Zellen, das als epidermaler Wachstumsfaktor-Rezeptor bezeichnet wird. Stellen Sie sich dieses Protein wie einen Schalter an der Außenseite einer Zelle vor, der, wenn er umgelegt wird, der Zelle sagt, dass sie wachsen und sich teilen soll. In vielen Schilddrüsenkrebsarten ist dieser Schalter in der „An“-Position festgesteckt, was den Tumor vorantreibt. Da dieses Protein in vielen dieser gefährlichen Tumore so häufig vorkommt, suchen Wissenschaftler nach Wegen, es präzise zu finden und zu stoppen, in der Hoffnung, die Krankheit frühzeitig zu erkennen oder sie direkt anzugreifen, ohne gesundes Gewebe zu schädigen.

Um diese Herausforderung anzugehen, setzte sich ein Team von Forschern in Iran zum Ziel, ein neues biologisches Werkzeug zu entwerfen. Sie konzentrierten sich auf die Entwicklung winziger, künstlich hergestellter Proteine, die Affibodies genannt werden. Im Gegensatz zu den großen Antikörpern, die in vielen aktuellen Behandlungen verwendet werden und komplex sowie langsam in der Bewegung durch den Körper sind, sind Affibodies klein, einfach und robust. Sie sind darauf ausgelegt, sich mit hoher Präzision an spezifische Ziele zu heften, in diesem Fall den epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor. Die Forscher wollten sehen, ob sie diese winzigen Sonden bauen können, um zwei Dinge gleichzeitig zu tun: als Leuchtfeuer fungieren, das die Krebszellen zur Erkennung aufleuchten lässt, und als Waffe dienen, um diese Zellen zu töten. Sie entwickelten drei verschiedene Versionen dieser Sonden. Eine war eine Basiskonstruktion, während die anderen so modifiziert wurden, dass sie einen kleinen Tag enthielten, der ihnen hilft, länger im Blutkreislauf zu bleiben, und eine Version trug sogar zwei Zieleinheiten, um zu sehen, ob dies die Haftung verbesserte.

Das Team begann damit, diese Proteine in Bakterien zu züchten, indem sie die Mikroben im Wesentlichen als winzige Fabriken nutzten, um die benötigten Werkzeuge zu produzieren. Nachdem sie die Proteine gereinigt hatten, testeten sie diese an zwei verschiedenen Arten von Schilddrüsenkrebszellen, die in einer Laborschale gezüchtet worden waren. Ein Zelltyp war dafür bekannt, hohe Mengen des Zielproteins aufzuweisen, während der andere niedrigere Mengen aufwies. Sie schlossen auch einen dritten Zelltyp ein, der das Protein überhaupt nicht besaß, um sicherzustellen, dass ihre Werkzeuge spezifisch waren und nicht versehentlich an gesundem Gewebe haften würden. Der erste Test bestand darin zu sehen, ob die Sonden die Krebszellen abtöten konnten. Sie behandelten die Zellen mit variierenden Mengen der Sonden über mehrere Tage und maßen, wie viele Zellen überlebten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Sonden effektiv waren, aber ihre Kraft vom Zelltyp und dem spezifischen Design der Sonde abhing. Die Basissonde und die Version mit zwei Zieleinheiten waren besonders gut darin, die Anzahl der lebenden Zellen in der Gruppe mit hohem Zielprotein zu reduzieren, was dazu führte, dass die Zellen auf eine kontrollierte, programmierte Weise abstarben. Die modifizierte Sonde mit dem langlebigen Tag verursachte ebenfalls Zelltod, arbeitete jedoch anders, indem sie einen spezifischen Typ von Zellsuizid auslöste, der selbst noch sichtbar war, bevor die Zellen ihre Fähigkeit verloren, Energie zu produzieren.

Als Nächstes mussten die Forscher bestätigen, dass ihre Sonden tatsächlich ihr Ziel fanden und nicht nur zufällig an den Zellen hafteten. Sie hängten einen leuchtend grünen Farbstoff an die Proteine und beobachteten, was geschah, während sie unter einem Mikroskop betrachteten. Als sie die leuchtenden Sonden zu den Krebszellen mit dem Zielprotein hinzufügten, leuchteten die Zellen mit einem hellgrünen Signal an ihren Außenrändern auf, was zeigte, dass die Sonden erfolgreich angelangt waren. Im Gegensatz dazu gab es bei den Zellen, denen das Zielprotein fehlte, kein Leuchten, was bewies, dass die Werkzeuge hochspezifisch waren. Um genau zu messen, wie gut sie hafteten, führten das Team eine Reihe von Tests durch, bei denen sie unterschiedliche Mengen der Soden hinzufügten und die Stärke der Bindung maßen. Sie fanden heraus, dass eines ihrer Designs, die einzelne Einheit mit dem langlebigen Tag, am festesten hielt und nur sehr wenig der Substanz benötigte, um fest an die Krebszellen zu binden. Diese feste Bindung war entscheidend, da dies bedeutete, dass die Sonde den Krebs auch dann finden konnte, wenn das Ziel nicht in riesigen Mengen vorhanden war.

Die Studie verglich diese neuen, winzigen Werkzeuge auch mit einem bekannten, von der FDA zugelassenen Medikament namens Cetuximab, einem großen Antikörper, der ebenfalls dasselbe Protein angreift. Obwohl das Standardmedikament sehr effektiv ist, zeigten die neuen Affibody-Sonden eine ähnliche Fähigkeit, an die Krebszellen zu binden und sie zu töten, insbesondere bei höheren Konzentrationen. Dies ist signifikant, da die geringe Größe der Affibodies es ihnen ermöglicht, Gewebe viel schneller zu durchdringen als die größeren Antikörper, wodurch sie potenziell auch schwer zugängliche Tumore erreichen können. Die Forscher beobachteten, dass die Sonden am besten bei den Zellen wirkten, die am meisten von dem Zielprotein besaßen, und dass sie die Zellen, denen das Protein fehlte, nicht schädigten. Dies deutet darauf hin, dass die Werkzeuge für gesundes Gewebe, das das Protein nicht exprimiert, sicher sind.

Obwohl die Ergebnisse im Labor vielversprechend sind, weisen die Forscher vorsichtig darauf hin, dass dies erst der Anfang ist. Sie haben gezeigt, dass diese winzigen Proteine hergestellt werden können, dass sie Schilddrüsenkrebszellen finden können und dass sie sie in einer Schale töten können. Sie räumen jedoch ein, dass weitere Arbeit erforderlich ist, um zu sehen, wie sich diese Werkzeuge in einem lebenden Körper verhalten. Zukünftige Studien müssen testen, ob die Sonden die Reise durch den Blutkreislauf überstehen und einen Tumor bei einem Patienten erreichen können, ohne Nebenwirkungen zu verursachen. Für den Moment bietet diese Arbeit ein solides Fundament und zeigt, dass diese kleinen, künstlich hergestellten Proteine das Potenzial haben, sowohl eine präzise Methode zur Erkennung von aggressivem Schilddrüsenkrebs als auch eine neue Art der Behandlung zu werden, was Hoffnung auf einen gezielteren Ansatz für diese schwierige Krankheit bietet.