Nanoparticle-Enhanced molecular Fluorescence-Endoscopy for detection of early-stage colorectal adenocarcinomas

Kolorektal kreft har lav overlevelsesrate. Over halvparten dør av sykdommen i løpet av fem år etter å ha fått diagnose. Sykdommen diagnostiseres i dag ved hjelp av kolonoskopi, hvor en fiberoptisk slange føres inn i tarmen og overfører bilder av tarmveggen. En stor andel små kreftsvulster blir dessverre ikke oppdaget ved hjelp av denne metoden. Hovedmålet med prosjektet er å utvikle en metode for tidlig diagnose av kolorektal kreft, basert på endoskopi med fluorescens-optisk avbildning. Den nye teknikken skal egne seg for rutineundersøkelser. Tidlig diagnose vil bidra til høyere overlevelsesrate for slike pasienter. På et tidlig tidspunkt er kreftsvulsten liten og vanskelig å oppdage, derfor har dette prosjektet som mål å forbedre deteksjonsmetoden ved å spesifikt markere kreftceller med sterkt fluorescerende fargestoffer. Dette kan oppnås ved å kapsle inn fluorescerende fargestoffer i nanopartikler som på overflaten er dekorert med proteiner (målsøkende ligander) som målrettet finner og fester seg til kreftceller. SINTEFs bidrag er utviklingen og optimaliseringen av nedbrytbare nanopartikler fylt med fluorescerende markører og dekorert med målsøkende ligander for binding til kreftceller. Høy fluorescens og høy treffsikkerhet for kreftceller er viktige egenskaper som disse nanopartiklene skal ha. Partiklene blir så testet av den tyske partneren i endoskopiske undersøkelser i mus. NanoEFEct er et transnasjonalt europeisk prosjekt med partnere fra Østerrike, Tyskland, Norge og Portugal. SINTEF har i prosjektet fremstilt og optimalisert kraftig fluorescerende biodegraderbare nanopartikler, som har blitt testet av den tyske partneren og som er tydelig synlig i endoskopiutstyret som i dag brukes av klinikere. Mange ulike fluorescerende fargestoffer har blitt kapslet inn i ulike mengder og fluorescensstyrke er testet. Man har funnet 3 kandidater som viser seg å være spesielt egnet og har funnet optimal mengde for å oppnå høyest mulig signal. Målet med høy fluorescens er dermed nådd. Så ble det festet ulike typer målsøkende ligander mot kreftceller til overflaten av disse partiklene. Partiklene ble testet i in vitro celleforsøk hos den tyske partneren for biologisk effektivitet. En økt markering av kolorektalkreftceller fra mus ble observert, når partikler med målsøkende ligand ble sammenlignet med partikler med uspesifkk ligand eller med partikler uten ligand som kontroll. Disse lovende resultater er en første proof-of-concept, men siden partiklene samtidig viste relativt høy uspesifikk binding til både kreftceller og friske tarmceller, er forholdet signal/støy foreløpig ikke høyt nok til en følsom diagnose og man må derfor fortsette med å optimalisere og videreutvikle nanopartiklene og finne flere høyt spesifikke ligander. Alt i alt har prosjektet bidratt langt på vei i utviklingen av et nytt kontrastmiddel for høyfølsom tidlig diagnose av kolorektal kreft.

NanoEFEct is a transnational European project with partners from Austria (coordinator), Germany, Norway and Portugal. The main goal of the project is to develop an early-stage diagnosis of colorectal cancer based on molecular-targeted fluorescence optical imaging endoscopy, suitable for routine screening. Control of colorectal carcinoma (CRC) is hindered because early cancerous lesions in the colorectal wall may not be visible at colonoscopy, a screening technique allowing diagnosis and immediate resectio n of CRC. Colonoscopy misses 6% of all CRCs and 12-17% of adenomas larger than 1cm. To improve detection of early-stage CRC, we propose nanoparticle-enhanced fluorescence endoscopy. Targeting groups attached to the nanoparticles will bind them securely an d specifically to EpCAM proteins heavily upregulated on ca. 98 % of CRC cell surfaces, analogously to the binding underlying the licensed antibody therapy using Catumaxomab. Fluorescent tags on the nanoparticles will allow contrasty imaging in a fluoresce nce endoscope. Closely cooperating with surgeons and pathologists, diagnostically relevant nanoparticles will be prepared by GMP, ready for rapid translational development towards preclinical testing at the end of the project. Ethical and regulatory issue s are addressed from the beginning to guide the research direction from the start. The consortium of 5 partners includes teams developing biodegradable nanoparticles for molecular imaging, a team working clinically and scientifically with fluorescence end oscopy in patients and in mouse models, and a team of scientists and clinicians widely experienced in the complex regulatory, legal and ethical issues associated with nanomedicine and with translational work bringing pharmaceutical products into clinical use.