Hunter Coffman was amper twee jaar oud toen hij werd opgenomen in het Seattle Children's Hospital voor een hersenscan. Hij braakte en had moeite om te balanceren, zitten en lopen.
"Die nacht vonden ze een massa achter in de hersenen van Hunter", zegt zijn moeder, Laura Coffman. Hij werd met spoed naar een hersenoperatie gebracht. "Het gebeurde allemaal heel, heel snel."
De noodoperatie liet vocht vrij en verlichtte de symptomen van Hunter, maar hij had een andere, meer invasieve operatie nodig om de tumor te verwijderen. Dat was 28 december 2015 en de tweede operatie was gepland op 30 december.
Een paar jaar geleden - inderdaad, zelfs nu - betekende de stand van de techniek voor dit soort operaties in wezen blind vliegen. Een chirurg zal een MRI in gebruik nemen, de resultaten onderzoeken en die foto vervolgens gebruiken als een kaart naar de hersenen van de patiënt tijdens een operatie. Maar de hersenen zijn niet zoals een interstate systeem. Het is driedimensionaal en zacht en kneedbaar, en wanneer je het begint te porren met scalpels verandert zijn vorm. Het is grijs, net als de tumoren, die (immers) ook uit hersenweefsel bestaan.
Erger nog, de gevolgen van een fout zijn ernstig. Haal te weinig weefsel weg en de patiënt heeft nog steeds kanker. Haal te veel weg en je verwijdert de hersendelen, zicht, motorische controle, cognitieve vaardigheden en zo ongeveer alles.
Een team van wetenschappers van het Fred Hutchinson Cancer Research Center, de Universiteit van Washington en startup Blaze Bioscience gebruiken een unieke aanpak om dit probleem op te lossen: fluorescerende moleculen, gehecht aan natuurlijk voorkomende toxines, waaronder schorpioengif, die hechten aan de kankers en het licht ze op. De zogenaamde Tumor Paint werkt momenteel zijn weg door klinische proeven. Geïnspireerd door het succes, heeft Jim Olson, de arts die het heeft uitgevonden, een groot aantal andere toepassingen voor soortgelijke technologie bedacht, van het richten op andere vormen van kanker tot de behandeling van Alzheimer tot artritis, en werkt snel om die toepassingen ook te realiseren.
Het hangt allemaal af van deze middelgrote moleculen, gevonden in de natuur, die een unieke niche in de chemie van het lichaam kunnen innemen. Wetende dat gif en andere neurotoxinen werken door zich te binden aan structuren in de hersenen, experimenteerde het team met extract van een dodelijke schorpioen genaamd de deathstalker.
Hersenkanker bij volwassenen: naast een pre-operatieve MRI en een intraoperatieve Tumor Paint BLZ-100 imaging (Blaze Bioscience) "Ik was er niet echt aan boord", zegt Laura Coffman, de moeder van Hunter. "De enige woorden die ik hoorde was schorpioengif, en dat was echt moeilijk voor mij om te begrijpen." Nog zwaarder was haar bezorgdheid dat dit onbewezen technologie was, onderdeel van een fase 1 klinische studie. Ze wist dat een fout Hunter blind kon maken of hem in een rolstoel kon opsluiten.
Maar ze kwam langs. In slechts een dag moesten zij en haar man het verloop van de behandeling van Hunter bepalen. Hoewel Tumor Paint is geclassificeerd als een medicijn, omdat het in de patiënt is geïnjecteerd, beschreef Amy Lee, de chirurg in de zaak van Hunter, het als meer een hulpmiddel, iets extra's dat ze zou gebruiken om de operatie te helpen, niet een heruitvinding van het proces. De Coffmans stemden ermee in en Hunter kreeg vóór zijn operatie een dosis via IV.
Toen Tumor Paint in de bloedstroom van Hunter kwam, vond het zijn weg naar zijn hersenen en naar de tumor daar. Toen bleef het hangen. Het unieke van Tumor Paint, en vooral het gif-afgeleide molecuul aan de basis, is zijn grootte en vorm. Het is een peptide, gevouwen in een unieke vorm, en het zoekt kanker en grijpt aan. Door een fluorescerend deeltje op het molecuul in te bedden (een chloortoxine genoemd), konden Olson en zijn bemanning tumoren laten oplichten onder infrarood laserlicht. (Infrarood is onzichtbaar voor het oog, dus chirurgen moeten nog steeds via een scherm opereren, maar dat is gebruikelijk, zegt Olson.)
Canarisch weke delen sarcoom. De afbeelding links toont de fluorescentie van Tumor Paint BLZ-100 en de afbeelding rechts is een histologische (H&E) vlek die de morfologie van het weefsel laat zien. (Blaze Bioscience) Dit kwam allemaal tot stand door Olson's zoektocht om tumoren te verlichten, maar de belangrijkste innovatie kan het peptide zelf zijn. In combinatie met de kleurstof noemt Olson het een "optide" - een geoptimaliseerd peptide. Kleurstof is niet het enige dat hij aan zijn optides heeft kunnen hechten. Het kunnen voertuigen zijn voor medicijnafgifte, chemotherapie rechtstreeks naar tumoren brengen, en verschillende, maar vergelijkbare moleculen kunnen andere renners naar andere delen van het lichaam brengen.
Toen Tumor Paint klaar was om de markt op te gaan, richtte Olson Blaze Bioscience op om die reis te herdenken. Toen werd zijn laboratorium een beetje gek, het ontwerpen of kiezen van tienduizenden andere moleculen waarvan ze dachten dat ze als optiden konden werken, en het gebruik van een op maat gemaakte robot om ze allemaal te doorzoeken. Elke toxine was een potentiële kandidaat, zelfs de verbinding in zonnebloemen die insecten weghoudt. Ze stoppen sommige van deze moleculen in dieren, kijken waar ze naartoe gaan en verkennen op basis daarvan therapeutische ideeën.
"De vraag is echt, hoe kunnen we de blauwdrukken uit de natuur gebruiken om zoveel mogelijk mensen te helpen in de komende 50 jaar of zo?", Zegt Olson. "Het is een beetje de leuke, pure wetenschap kant van dingen. Vraag me af wat de natuur en evolutie hier hebben gecreëerd en hoe kunnen we, als je dat eenmaal hebt geleerd, daarop verder bouwen om het therapeutisch te maken voor menselijke patiënten? '
Maar dat is meer op de lange termijn, in de fase van het ontdekken van medicijnen. Ondertussen is Blaze Bioscience bezig met de ontwikkeling van Tumor Paint en is het in gesprek met de FDA over het ontwerp van toekomstige proeven. De operatie van Hunter maakte deel uit van een veiligheidsonderzoek, waarbij tot nu toe 15 pediatrische patiënten zijn gezien; daarna komt de werkzaamheidstest.
Hunter is slechts één patiënt, maar zijn herstel tot nu toe is bemoedigend. Lee sneed de tumor uit, behalve een dunne schede die zijn hersenstam bedekte. Toen ging hij door maanden van chemo- en bestralingsbehandeling, en hij is nu in fysieke en ergotherapie, leert, groeit en gedraagt zich als een normale drie-jarige.
"Het voelt echt goed om hem te zien groeien en proberen de persoon te zijn die de behandeling en chirurgie misschien zou hebben veranderd", zegt Coffman.
