Para insinyur dan dokter dari Cornell telah menemukan bahwa nanopartikel silika berukuran sangat kecil dapat mengubah tumor "dingin" menjadi "panas," sehingga membantu imunoterapi bekerja lebih baik pada kanker yang sulit diobati. Temuan ini dapat membuka jalan baru untuk mengobati melanoma dan tumor padat lainnya.
Partikel-partikel kecil yang awalnya dirancang untuk menerangi kanker pada hasil pemindaian kini menunjukkan bahwa partikel tersebut dapat membantu sistem kekebalan tubuh melawan tumor tersebut dari dalam.
Sebuah tim yang dipimpin oleh Cornell telah menemukan bahwa nanopartikel silika ultra kecil, yang disebut titik utama Cornell atau C'dots, dapat memprogram ulang lingkungan di sekitar tumor melanoma dan secara dramatis meningkatkan kekuatan imunoterapi kanker pada model tikus.
Penelitian yang dipimpin oleh Michelle Bradbury dari Weill Cornell Medicine dan insinyur Ulrich Wiesner dari Cornell Engineering ini adalah... diterbitkan dalam jurnal Nature Nanotechnology.
C'dots adalah nanopartikel silika inti-cangkang berpendar yang telah diuji dalam uji klinis pada manusia sebagai alat pencitraan dan pembawa obat. Studi baru ini mengungkapkan sesuatu yang tak terduga: partikel itu sendiri bertindak sebagai agen ampuh melawan kanker, bahkan tanpa membawa obat.
“Ini adalah penemuan yang sangat mengejutkan,” kata Wiesner, Profesor Teknik Spencer T. Olin di Departemen Ilmu dan Teknik Material yang laboratoriumnya awalnya mengembangkan C'dots, dalam siaran pers. “C'dots sendiri – tanpa entitas farmasi apa pun di permukaannya – menginduksi berbagai efek antitumor pada TME model melanoma yang, sebagian, sama sekali tidak terduga.”
Mikrolingkungan tumor, atau TME, adalah lingkungan kompleks yang terdiri dari sel kanker, sel imun, pembuluh darah, dan jaringan pendukung yang mengelilingi tumor. Pada banyak kanker padat yang agresif, lingkungan ini tidak ramah terhadap sistem imun dan resisten terhadap imunoterapi modern, yaitu obat-obatan yang melepaskan pertahanan tubuh sendiri terhadap kanker.
Melanoma, bersama dengan kanker prostat, payudara, dan usus besar, sering kali menimbulkan apa yang disebut peneliti sebagai tumor "dingin". Tumor ini tidak memicu respons imun yang kuat dan seringkali gagal merespons imunoterapi.
Dalam studi baru ini, tim Cornell menggunakan model melanoma agresif yang resisten terhadap imunoterapi untuk menguji apa yang terjadi ketika C'dots dimasukkan ke dalam lingkungan yang menekan ini. Mereka menemukan bahwa nanopartikel tersebut mengaktifkan beberapa proses antitumor sekaligus.
Partikel-partikel tersebut merangsang respons imun bawaan dengan mengaktifkan reseptor pengenalan pola, yaitu sensor seluler yang mendeteksi sinyal bahaya. Partikel-partikel tersebut mendorong sel kanker ke dalam penghentian siklus sel, memperlambat atau menghentikan kemampuan sel kanker untuk berkembang biak. Partikel-partikel tersebut mengurangi penekanan imun di lingkungan mikro tumor dan memprogram ulang sel-sel imun utama, termasuk sel T dan makrofag, untuk menyerang kanker secara lebih efektif.
Hal ini mengubah cara para ilmuwan berpikir tentang peran nanopartikel tersebut, menurut Bradbury, Profesor Riset Pencitraan dalam Radiologi dan profesor radiologi di Weill Cornell Medicine.
“Platform ini bukan sekadar bertindak sebagai pembawa pasif atau kendaraan pengiriman; nanopartikel ini secara intrinsik merupakan agen terapeutik yang aktif,” katanya dalam siaran pers. “Alih-alih menargetkan satu jalur tunggal, partikel-partikel ini melibatkan banyak mekanisme secara bersamaan dan dengan cara yang tidak mudah dicapai oleh terapi konvensional.”
Dengan menggeser banyak tuas sekaligus, C'dots mengubah tumor "dingin" menjadi "panas," menciptakan lingkungan yang meradang dan aktif secara imunologis yang membuat kanker jauh lebih rentan terhadap pengobatan.
Untuk melihat bagaimana hal ini dapat menghasilkan hasil yang lebih baik, para peneliti menggabungkan C'dots dengan strategi imunoterapi ganda yang menargetkan baik pos pemeriksaan kekebalan maupun sitokin, molekul pemberi sinyal yang membantu mengatur respons kekebalan. Pada model tikus, hewan yang menerima kombinasi tersebut hidup secara signifikan lebih lama daripada hewan yang hanya diobati dengan imunoterapi saja.
Kedua pendekatan tersebut bekerja bersama-sama: nanopartikel mengubah lanskap imun di dalam tumor, dan imunoterapi kemudian memberikan pukulan yang jauh lebih kuat.
“Banyak tumor agresif yang resistan terhadap imunoterapi saja,” tambah Bradbury. “Yang dilakukan nanopartikel ini adalah mengurangi aktivitas penghambat di dalam TME, yang pada gilirannya menekan pertumbuhan tumor dan membatasi resistensi.”
Meskipun penelitian ini berfokus pada melanoma, tim tersebut telah melihat efek pengaktifan imun yang serupa dari C'dots pada model tumor padat lainnya, termasuk kanker prostat dan ovarium. Hal itu menunjukkan bahwa pendekatan ini dapat memiliki aplikasi yang luas jika terbukti aman dan efektif dalam pengujian lebih lanjut.
Temuan ini juga menimbulkan pertanyaan menarik tentang mengapa silika, mineral umum, dapat memiliki efek yang begitu luas pada sistem kekebalan tubuh.
Wiesner menunjuk pada sejarah evolusi panjang organisme yang berinteraksi dengan partikel silika kecil.
“Sejak tahap awal evolusi, organisme biologis telah terpapar silika nanopartikel dari dalam, termasuk melalui asupan makanan seperti rumput dan ganggang laut,” katanya.
Dia dan rekan-rekannya sedang meneliti hipotesis yang menghubungkan paparan jangka panjang ini dengan kemampuan tubuh untuk menjaga keseimbangan, atau homeostasis, bahkan dalam menghadapi penyakit seperti kanker.
“Hipotesisnya adalah kanker mendorong sistem tubuh Anda keluar dari keseimbangan, menjauh dari homeostasis. Tetapi silika memberikan perlawanan, dan alasan mengapa hal ini bersifat multifaktorial adalah karena selama jutaan tahun, organisme telah mengembangkan berbagai mekanisme yang memungkinkan silika untuk mempertahankan homeostasis,” tambah Wiesner.
Gagasan itu masih bersifat spekulatif, dan masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan sebelum C'dots dapat menjadi bagian standar dari perawatan kanker. Temuan saat ini berasal dari model hewan, dan para peneliti perlu lebih memahami mekanisme yang berperan, menyempurnakan strategi dosis dan pemberian, serta menguji keamanan dan efektivitasnya pada manusia.
Tim tersebut kini berkolaborasi dengan para peneliti ilmu gizi Cornell untuk menyelidiki aspek evolusi dan pola makan terkait paparan silika, sekaligus mengeksplorasi bagaimana C'dots dapat digunakan untuk melawan berbagai jenis tumor padat.
Jika penelitian di masa mendatang berhasil, jenis nanopartikel yang pernah membantu dokter melihat tumor dengan lebih jelas suatu hari nanti dapat membantu sistem kekebalan tubuh pasien untuk menghancurkannya, menawarkan cara baru untuk mengatasi kanker yang telah lama resistan terhadap pengobatan.
Sumber: Cornell University