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23 March 2012

Stanford researchers boost potency, reduce side effects of IL-2 protein used to treat cancer


The protein, known as interleukin-2 or IL-2, is a master regulator of the immune system. It acts as a growth factor for many different kinds of immune cells, including an all-important class called T cells. These cells can both recognize and organize attacks against pathogens or tumors.
IL-2 stimulates T cells' proliferation in response to these threats. That makes it a potent anti-cancer drug. When injected into a patient, it spurs fierce anti-tumor activity.
"In a substantial subset -- about 7 percent -- of patients with advanced metastatic melanomas or kidney cancers, IL-2 treatment actually cures the disease," said Christopher Garcia, professor of molecular and cellular physiology and of structural biology and the study's senior author. That's an impressive result, considering the failure of most treatments at such a late stage of cancer.
IL-2 is also used off-label for various other cancers and a wide range of other indications including HIV. But its use is restricted because it can cause severe toxic side effects such as difficulty in breathing due to pulmonary edema, or swelling of the lung, caused by the buildup of fluid in that organ. This in turn is the result of leakage from the copious capillaries that permeate lung tissue, the better to carry away oxygenated blood to distant tissues.
"The cells that cause these toxic effects appear to express different levels and types of IL-2 receptors than do the cells that produce the therapeutic effects," Garcia said. The various classes of immune cells activated by IL-2 have their own characteristic receptor complexes for the protein. Accordingly, each different cell type requires a different concentration of IL-2 for its activation, and each responds in its own way.
In 2005, Garcia and his colleagues determined the structure of IL-2, making it possible to visualize its internal features. "We thought we might be able to tilt the balance of therapeutic-to-toxic effects by modifying this protein in a way that preferentially trips off activation of a desired immune-cell type, while minimizing the activation of an unwanted cell type," he said.
For this study, Garcia's group produced a vast variety of mutated versions of the protein, and then, in a test-tube competition, compared the strength of these mutant proteins' binding to a particular cell-surface receptor, a process that is crucial to the T-cell activation needed to treat cancer. The researchers eventually obtained a mutant that Garcia dubbed "Super-2," which had more than 300 times the receptor-binding strength of natural IL-2. In subsequent tests designed to assess Super-2's ability to impede tumor growth, the new molecule outperformed natural IL-2 by a significant margin.
The researchers also tested Super-2 to determine the extent of the side effects it would cause. To do this, they collaborated with a co-author of the paper, Onur Boyman, MD, of University Hospital Zurich in Switzerland, who had previously found that the type of cells in the lung that are responsible for capillary leakage have receptors for IL-2. Boyman developed an assay for IL-2's most dose-limiting side effect, pulmonary edema. This assay compares the weight of lungs from mice treated with a test compound versus lungs that are not thusly treated. The greater the weight difference, the more fluid buildup has occurred.
Boyman and a member of his group, Carsten Krieg, PhD, who is one of four investigators sharing first authorship of the Nature paper, carried out all the animal research used for the study. By this assay, pulmonary edema caused by Super-2 was significantly and substantially less than by natural IL-2.
Others sharing first authorship of the study were Aron Levin, PhD, (now at Technion University in Israel) and Darren Bates, PhD, (now a scientist at Amgen) who were formerly in Garcia's lab, and his MD/PhD student Aaron Ring.
What makes Super-2 so effective, said Garcia, is its altered shape. A T-cell's IL-2 receptor complex consists of three separate protein components sitting on the cell's surface. These receptors, sometimes referred to as alpha, beta and gamma, act in concert: IL-2 must first touch bases with alpha before it can assume the right shape to bind to beta. Typically, T cells that have never been activated in the past have vanishingly small amounts of alpha on their surfaces, and so require high concentrations of IL-2 to get the process started.
But the mutations Garcia's team induced lock Super-2 into a configuration whose optimized shape lets it bind directly to beta, bypassing alpha. The three-dimensional structure of Super-2, together with computer simulations from the laboratory of associate professor of chemistry Vijay Pande, PhD, suggested this was because the mutant form of IL-2 was less "floppy" than the natural form, so that it presented a "tighter" binding surface to the beta receptor. This souped-up form of the protein was several times as potent as the naturally occurring form of IL-2 at slowing tumor growth, as measured by assays employing three different tumor types in culture.

**Source: Stanford University Medical Center

29 July 2010

Las mamografías son menos efectivas en mujeres de 40 años


Los resultados de las mamografías, medidos en términos de tamaño del tumor detectado, tiempo de vida ganado y mortalidad, han sido siempre más pobres en mujeres de 40 que en aquellas con 50. En parte, esto se debía a que los tumores de las mujeres más jóvenes tienden a crecer más rápido, por lo que en el momento en el que alcanzan un tamaño apreciable, tendrían más posibilidades de haber sido detectados ya en un examen rutinario. Además, las más jóvenes tienden también a tener un tejido mamario más denso, que puede esconder los tumores, reduciendo su detectabilidad en las mamografías.

El estudio llevado a cabo por el equipo de Sylvia K. Plevritis, del Departamento de Radiología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford, se propuso averiguar qué factores, si la mayor rapidez de crecimiento tumoral o la reducción de detectabilidad mamográfica, contribuía a empeorar los resultados de la mamografía en las mujeres más jóvenes. Para ello utilizaron el Simulador de 'Screening' de Cáncer de Mama y crearon escenarios hipotéticos de screening a través de los que poder estimar el tamaño medio de un tumor detectable en una mamografía y el significado de las tasas de crecimiento tumoral en mujeres entre los 40 y 49 años y entre los 50 y los 69.

La conclusión según los resultados publicados en The Journal of the National Cancer Institute, es que existía una menor detectabilidad del tumor mamográfico en el 79 por ciento de las participantes del estudio y que un volumen tumoral más rápido duplicaba el tiempo para el 21 por ciento de las sensibilidades más pobres en el screening mamográfico entre las mujeres más jóvenes, en comparación con las de mayor edad.

03 May 2010

Científicos logran activar células madre óseas para curar fracturas


Científicos norteamericanos han desarrollado un proceso bioquímico que usa un tipo especial de proteinas para activar células madre óseas con las que aceleraron la creación de fracturas en ratones. En un estudio publicado en la revista "Science Translational Medicine", los investigadores del Instituto Médico Howard Hughes y de las Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford señalan que el procedimiento podría tener amplioa apliación en la Medicina regenerativa.

El grupo científico descubrió al desarrollar el procedimiento que las proteinas identificadas como WnT activan las células madreóseas que participan en la regeneración del hueso. En experimentos con ratones genéticamente modificados, los especialistas aceleraron ese proceso0 de curación ósea al aplicar la proteina que también fue modificada.

La WnT hizo que las células madre en el lugar de la lesión se dividieran y maduraran para formar la masa ósea de manera más rápida que en los roedores normales. Posteriormente los científicos norteamericanos desarrollaron una sustancia llamada liposomal WnT3a que produjo los mismos efectos en los ratones sin la necesidad de una modificación genética.

30 April 2010

Una proteína del organismo podría remediar antes las fracturas


Una proteína producida por el cuerpo de forma natural puede acelerar el crecimiento del hueso y podría convertirse en una alternativa para arreglar estas fracturas más rápido y mejorar los injertos óseos, según un estudio realizado por un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford y publicado en la revista 'Science Translational Medicine'. En concreto, estos científicos descubrieron que la proteína 'Wnt' envía una señal que activa células madre del hueso para volver a reconstruirlo. Aunque los resultados fueron probados en ratones, los humanos tienen la misma biología en ese área.

Los científicos sabían que muchas especies de animales usaban esta proteína para regenerar los tejidos. Sin embargo, es difícil trabajar con ella y no se disuelve en agua.Este equipo encontró una manera de implantar porciones de la proteína 'Wnt' genéticamente mejorada en pequeñas burbujas de grasa llamadas liposomas."Esto permitió comenzar a probar su actividad en los animales", según Jill Helms, de la Universidad de Stanford, que lideró el estudio. Cuando realizaron agujeros en los huesos de ratones sedados e inyectaron los pequeños liposomas de 'Wnt', la proteína hizo que las células madre del hueso en el lugar de la lesión se dividieran y maduraran más rápido en células formadoras de huesos.

Los ratones que recibieron la proteína tuvieron 3,5 veces más de hueso luego de tres días, en comparación con otros ratones."Los defectos del esqueleto tratados con 'Wnt' liposomal se curaron más rápido", según los autores de la investigación, quienes señalaron también que "las 'Wnt' están implicadas en la reparación de múltiples órganos y tejidos". Así, este equipo planea probar su enfoque para tratar heridas en la piel, accidentes cerebrovasculares (ACV) y ataques cardíacos. "Tras un ACV y un ataque cardíaco, nuestras heridas se curan de forma lenta e imperfecta y la herida resultante carece de funcionalidad (...) Usando 'Wnt', un día podríamos regenerar el tejido sin dejar cicatrices", concluyó.

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