Immunoliposomes for Targeting Cancer Cells and Tumor Vasculature in a Mouse Model of Glioblastoma Multiforme

Immunoliposomer til targeting af cancerceller og tumorvaskulatur i en murin glioblastoma multiforme model

Jeppesen, Maria

4. term

Medicine with Industrial Specialisation, Master

2011

2011-06-01

61

Glioblastom multiforme (GBM) er den mest almindelige og meget aggressive hjernesvulst af astrocytisk oprindelse. Den mediane overlevelse fra diagnosetidspunktet er omkring ét år, blandt andet på grund af sen diagnose og begrænset effekt af nuværende behandlinger. Ny kræftforskning udnytter forskelle mellem tumor og normalt væv til at målrette lægemidler mod bestemte molekyler i kræftceller eller tumorkar for enten at dræbe cellerne eller forringe blodforsyningen. Liposomer – små fedtbaserede kugler, der kan bære mange typer lægemidler – er en vigtig type målrettet lægemiddelbærer. De kan udstyres med antistoffer (immunoliposomer), så de finder og bindes til bestemte celler. En nyere tilgang er at kombinere flere mål på én gang for en mulig synergieffekt. I GBM kan man derfor forsøge samtidig at målrette både tumorceller og de blodkar, der forsyner tumoren (endotelceller). I denne afhandling er liposomer undersøgt som bæresystem til at målrette mod både GBM-celler og tumorens endotelceller. Først blev der udviklet og karakteriseret en intracerebral dyremodel: celler fra den humane GBM-cellelinje U-87 MG blev injiceret i striatum hos immundeficiente nude-mus, hvilket gav tumorudvikling i cirka to tredjedele af dyrene. Histologiske analyser viste kraftig vækst og lokal invasion. Som mål for karpermeabilitet blev ophobning af intraperitonealt injiceret peroxidase og musens eget albumin undersøgt. Begge stoffer viste diffus ophobning i tumorområdet, forenelig med øget lækage fra tumorkar. Derudover blev der udviklet en protokol for fremstilling af immunoliposomer baseret på en post-insertion-teknik, hvor antistoffer kobles på allerede dannede liposomer. To typer blev fremstillet: liposomer konjugeret med EGFR-antistoffet Erbitux til at målrette U-87 MG-celler, og liposomer konjugeret med et VCAM-1-antistof til at målrette murine hjerneendotelceller. Erbitux-liposomerne blev i betydelig grad optaget af U-87 MG-cellerne, i modsætning til ukonjugerede liposomer. Der blev derimod ikke påvist optagelse af anti-VCAM-1-liposomer i aktiverede murine hjerneendotelceller, sandsynligvis fordi der var koblet væsentligt færre antistoffer på disse liposomer end på Erbitux-liposomerne. Metoder til at måle, hvor fluorescerende liposomer fordeler sig i væv in vivo, blev også afprøvet. Fluorescensmikroskopi af vævssnit var udfordret af høj baggrund og påviste liposomer kun i lever og milt. Fluorescensspektroskopi af vævshomogenater gav lovende resultater, men på grund af tidspres blev der kun indsamlet data fra nogle væv. Efter yderligere optimering og validering vil det være relevant at undersøge Erbitux-liposomernes egenskaber in vivo i den etablerede U-87 MG-model og eventuelt teste liposomer, der målretter tumorens endotelceller via andre mål end VCAM-1.

Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common and highly aggressive brain tumor of astrocytic origin. Median survival from diagnosis is about one year, partly due to late detection and limited effectiveness of current therapies. Modern cancer research seeks to exploit differences between tumors and normal tissue by directing drugs to specific molecules on cancer cells or tumor blood vessels to kill cells or reduce the tumor’s blood supply. Liposomes—tiny fat-based spheres that can carry many kinds of drugs—are a key type of targeted drug carrier. They can be decorated with antibodies (immunoliposomes) so they bind to selected cells. A newer strategy is to combine multiple targets to achieve a synergistic effect. In GBM, this could mean targeting both tumor cells and the blood vessel endothelial cells that feed the tumor. This thesis investigates liposomes as carriers to target both GBM cancer cells and tumor endothelial cells. First, an intracranial animal model was developed and characterized: cells from the human GBM line U-87 MG were injected into the striatum of immunodeficient nude mice, leading to tumor formation in about two thirds of animals. Histology showed aggressive growth and local invasion. To assess vascular permeability, the intratumoral accumulation of intraperitoneally injected peroxidase and endogenous mouse albumin was measured. Both showed diffuse accumulation within the tumor, consistent with leaky tumor vessels. A protocol was also developed to prepare immunoliposomes using a post-insertion technique, in which antibodies are attached to pre-formed liposomes. Two types were produced: liposomes conjugated with the EGFR antibody Erbitux to target U-87 MG cells, and liposomes conjugated with a VCAM-1 antibody to target murine brain endothelial cells. Erbitux liposomes showed substantial uptake by U-87 MG cells compared with unconjugated liposomes. In contrast, anti-VCAM-1 liposomes did not show uptake by activated murine brain endothelial cells, likely because far fewer antibodies were attached to these liposomes than to the Erbitux liposomes. Methods to assess the tissue distribution of fluorescent liposomes in vivo were also explored. Fluorescence microscopy of tissue sections was hampered by high background, with liposomes detected only in the liver and spleen. Fluorescence spectroscopy of tissue homogenates yielded promising results, but due to time constraints, data were obtained only for some tissues. After further optimization and validation, it would be valuable to test the in vivo behavior of Erbitux liposomes in the established U-87 MG model and to evaluate endothelial targeting strategies beyond VCAM-1.

[This abstract was generated with the help of AI]

Glioblastoma ; Liposomes ; Cancer targeting ; Tumor xenograft

Download
View record in AAU Student Projects