Czy nowa strategia stymulacji hematopoezy zmieni rutynę chemioterapii?
Biodegradowalne szkielety z fukozylowanym siarczanem chondroityny jako obiecująca metoda stymulacji hematopoezy po chemioterapii – wyniki badań na modelu mysim wskazują na skuteczną profilaktykę pancytopenii.
Neutropenia pozostaje jednym z najczęstszych powikłań chemioterapii u pacjentów onkologicznych, zwiększając ryzyko infekcji. Rekombinowany ludzki czynnik wzrostu kolonii granulocytów (rG-CSF; filgrastym) jest powszechnie stosowany w celu zmniejszenia nasilenia i czasu trwania neutropenii. Po pojedynczym wstrzyknięciu filgrastymu (5 μg/kg) wzrost liczby białych krwinek obserwuje się po 12-14 godzinach, a średni czas trwania neutropenii wynosi około 3 dni. Filgrastym charakteryzuje się krótkim okresem półtrwania (2-4 godziny) z eliminacją przez klirens nerkowy i wychwyt związany z receptorami G-CSF przez neutrofile. W praktyce klinicznej stosowany jest również lenograstym, glikozylowany rekombinowany ludzki G-CSF o podobnej farmakokinetyce.
Zgodnie z zaleceniami, leki te powinny być podawane nie wcześniej niż 24 godziny po zakończeniu chemioterapii. Ze względu na szybką eliminację, stosowanie filgrastymu i lenograstymu wymaga zwykle codziennego podawania przez co najmniej 5 dni, co stanowi istotne wyzwanie dla pacjentów, którzy w tym okresie doświadczają nasilonych objawów niepożądanych chemioterapii (wymioty, biegunka, gorączka, neurotoksyczność). W rezultacie, część pacjentów nie otrzymuje pełnego cyklu leczenia wspomagającego, co negatywnie wpływa na wyniki terapii.
W celu redukcji liczby podań G-CSF opracowano pegfilgrastym o przedłużonym działaniu, którego średni okres półtrwania wynosi 42 godziny. Jednak również on nie może być podawany wcześniej niż dzień po zakończeniu chemioterapii, a jego efekt terapeutyczny jest realizowany tylko u pacjentów z neutropenią.
Jakie wyzwania niesie ze sobą mielosupresja?
Tymczasem intensywna chemioterapia może powodować mielosupresję, objawiającą się spadkiem nie tylko liczby białych krwinek, ale także erytrocytów i płytek krwi. W takim przypadku, oprócz zaburzeń odporności przeciwinfekcyjnej z powodu leukopenii, pacjenci doświadczają anemii prowadzącej do zmęczenia oraz małopłytkowości skutkującej niepokojem. Szczególnie niebezpieczna jest pancytopenia, gdy obserwuje się jednoczesny spadek WBC, RBC i PLT we krwi pacjenta.
Mielosupresja często jest przyczyną niskiej skuteczności leczenia nowotworów ze względu na wydłużenie odstępów między kursami chemioterapii, odwołanie skutecznych cytostatyków lub zmniejszenie ich dawki. Pacjenci wymagają terapii wspomagającej, obejmującej nie tylko leki zawierające G-CSF, ale także środki stymulujące erytropoezę, transfuzje krwi lub koncentratu płytek.
Czy fukozylowany siarczan chondroityny to nowy hemo-stymulant?
Zespół badaczy podjął się oceny skuteczności fukozylowanego siarczanu chondroityny (FCS) wyizolowanego z ogórka morskiego C. japonica w stymulacji hematopoezy w kontekście mielosupresji wywołanej cyklofosfamidem (CPh). Dodatkowo, zbadano efektywność tego związku w postaci implantowalnej struktury opartej na biodegradowalnym szkielecie w celu uzyskania opóźnionego efektu terapeutycznego.
Jako materiał do szkieletu wybrano biodegradowalne stopy na bazie Fe-Mn, które łączą zdolność do biodegradacji z niską toksycznością i akceptowalnymi właściwościami mechanicznymi. W badaniu zastosowano dwa rodzaje stopów: Fe-Mn-C i Fe-Mn-Pd, poddane wyciskaniu przez kanał kątowy (ECAP) w celu zwiększenia szybkości korozji.
W badaniach na myszach z immunosupresją wywołaną cyklofosfamidem, szkielety ze stopów Fe-Mn-C i Fe-Mn-Pd wypełnione FCS lub rG-CSF były implantowane podskórnie bezpośrednio po zakończeniu kursu CPh. Dla porównania, innym grupom myszy podawano FCS lub rG-CSF podskórnie.
Jakie rezultaty osiągnięto w badaniach?
Analiza parametrów hematologicznych wykazała, że podanie FCS w formie roztworu najsilniej wpływało na regenerację białych krwinek. Zarówno w grupie Fe-Mn-C+FCS, jak i FCS, stężenie neutrofili wzrosło 2,7-krotnie w porównaniu z grupą CPh, przewyższając nawet ten wskaźnik w grupie kontrolnej. W grupie rG-CSF zaobserwowano 2-krotny wzrost stężenia neutrofili.
Najbardziej aktywną statystycznie istotną regenerację stężenia płytek krwi zaobserwowano w grupach Fe-Mn-C+FCS i Fe-Mn-Pd+FCS (średnio 3,7 i 2,8 razy wyższe w porównaniu z grupą CPh). W grupie Fe-Mn-C+rG-CSF odnotowano tendencję do zwiększenia liczby PLT o 2 razy w porównaniu z grupą CPh.
Ocena aktywności proliferacyjnej komórek szpiku kostnego z wykorzystaniem markera Ki-67 wykazała, że najlepszą skuteczność osiągnięto przy zastosowaniu Fe-Mn-C+FCS, co znacząco zwiększyło stężenie komórek Ki-67 w szpiku kostnym myszy z immunosupresją.
Badania morfologii śledziony pokazały, że kurs CPh bez późniejszej terapii prowadził do zubożenia składu komórkowego narządu. W porównaniu z grupą CPh, leczenie myszy za pomocą rG-CSF i FCS załadowanych do szkieletów lub wstrzykiwanych w roztworach skutkowało minimalizacją negatywnych zmian w morfologii śledziony.
Uzyskane wyniki potwierdzają wcześniej opublikowane dane dotyczące aktywności hemo-stymulującej naturalnego FCS wyizolowanego z ogórka morskiego. W porównaniu z rG-CSF, FCS miał podobny bezpieczny wpływ na białe krwinki we krwi i zrębie śledziony, a jednocześnie wykazywał nieco zwiększoną aktywność w stymulowaniu wzrostu erytrocytów w śledzionie oraz neutrofili i płytek krwi we krwi.
Czy implantowalny bioresorbowalny szkielet to przełom w terapii pancytopenii?
Mechanizm działania terapeutycznego FCS i rG-CSF jest częściowo podobny. Wcześniejsze dane pokazują, że zarówno rG-CSF, jak i siarczanowane polisacharydy, do których należy FCS wyizolowany z ogórków morskich, hamują indukowaną przez komórki produkcję interleukiny-6, która ma ambiwalentny wpływ na układ odpornościowy.
W porównaniu z podskórnym wstrzyknięciem roztworów rG-CSF i FCS, implantacja biodegradowalnego szkieletu załadowanego substancjami aktywnymi prowadziła do zapobiegania pancytopenii. Skutkowała również przywróceniem stężenia płytek krwi i hemoglobiny we krwi myszy, a także utrzymaniem zapasów erytrocytów i limfocytów w śledzionie.
Efekt ten został osiągnięty poprzez zmniejszenie biodostępności hemo-stymulantów unieruchomionych w szkielecie pokrytym filmem z glikolu polietylenowego w pierwszych godzinach po implantacji. Uwolnienie aktywnego związku do tkanek otaczających implant stało się możliwe dopiero po sekwencyjnej biodegradacji warstwy glikolu polietylenowego, stopu ściany szkieletu i Matrigelu, a następnie dyfuzji hemo-stymulantu do otaczających tkanek.
Należy zauważyć, że najbardziej wyraźny efekt stymulacji hematopoezy pod wpływem FCS osiągnięto po jego wprowadzeniu jako części szkieletu na bazie stopu Fe-Mn-C po ECAP. Możliwe, że przewagą stopu Fe-Mn-C w tym przypadku była niższa szybkość biodegradacji w porównaniu ze stopem Fe-Mn-Pd po ECAP, co skutkowało utrzymaniem optymalnej dla hemo-stymulacji kinetyki wchodzenia hemo-stymulatora do krwiobiegu.
Opracowana konstrukcja wydaje się być obiecującym modelem wyrobu medycznego do zmniejszania nasilenia pancytopenii u pacjentów z rakiem poddawanych chemioterapii dzięki zapobiegawczemu podawaniu hemo-stymulatorów o opóźnionym działaniu. Zastosowanie FCS z ogórka morskiego C. japonica jako czynnika aktywnego poszerzy arsenał hemo-stymulantów, zmniejszając ryzyko rozwoju immunosupresji i małopłytkowości.
Porównanie aktywności hemo-stymulujących FCS i rG-CSF wykazało przewagę FCS nad rG-CSF ze względu na zdolność FCS do stymulowania nie tylko neutropoezy, ale wszystkich ogniw hematopoezy. Formułowanie FCS w implantowalnym bioresorbowalnym szkielecie pozwoliło na osiągnięcie tych celów i poprawę charakteru efektu farmakologicznego FCS.
Dalsze badania weterynaryjne i kliniczne w kierunku praktycznego zastosowania opracowanej formulacji FCS wymagają głębszego zbadania kinetyki resorpcji implantu i możliwych związanych z tym niepożądanych działań biologicznych.
Podsumowanie
Badania wykazały obiecujące rezultaty w zastosowaniu fukozylowanego siarczanu chondroityny (FCS) w biodegradowalnych szkieletach jako metody stymulacji hematopoezy po chemioterapii. W przeciwieństwie do obecnie stosowanego filgrastymu, wymagającego codziennych iniekcji przez minimum 5 dni, FCS w formie implantowalnego szkieletu zapewnia przedłużone uwalnianie substancji aktywnej. Badania na modelu mysim potwierdziły, że FCS skuteczniej niż rG-CSF stymuluje nie tylko produkcję neutrofili, ale wpływa na wszystkie linie komórek krwi. Najlepsze rezultaty osiągnięto przy zastosowaniu szkieletu ze stopu Fe-Mn-C, który zapewniał optymalną kinetykę uwalniania substancji aktywnej. Opracowana metoda może znacząco zmniejszyć ryzyko pancytopenii u pacjentów onkologicznych, choć wymaga jeszcze dalszych badań klinicznych.
