Molti agenti chemioterapici usati per trattare i tumori sono associati a effetti collaterali di varia gravità, perché sono tossici per le cellule normali e per i tumori maligni. Ciò ha motivato la ricerca di alternative efficaci ai farmaci sintetici con cui viene attualmente trattata la maggior parte dei tumori. L'uso del fosfato di calcio e del citrato a questo scopo è oggetto di discussione ormai da alcuni anni, poiché portano alla morte cellulare quando vengono consegnati direttamente nelle cellule, mentre la loro presenza in circolo ha poco o nessun effetto tossico. Il problema consiste nel trovare modi per superare i meccanismi che controllano l'assorbimento di questi composti nelle cellule, e garantire che i composti agiscano selettivamente sulle cellule che si desidera eliminare. Ricercatori del Dipartimento di Chimica della LMU, guidato dal dottor Constantin von Schirnding, Dott.ssa Hanna Engelke e prof. Thomas Bein, riportano ora lo sviluppo di una classe di nuove nanoparticelle amorfe costituite da calcio e citrato, che sono in grado di rompere le barriere all'assorbimento, e uccidere le cellule tumorali in modo mirato.

Sia il fosfato di calcio che il citrato sono coinvolti nella regolazione di molte vie di segnalazione cellulare. Quindi, i livelli di queste sostanze presenti nel citoplasma sono strettamente controllati, al fine di evitare l'interruzione di questi percorsi. In modo cruciale, le nanoparticelle descritte nel nuovo studio sono in grado di aggirare questi controlli normativi. "Abbiamo preparato nanoparticelle amorfe e porose costituite da fosfato di calcio e citrato, che sono incapsulati in uno strato lipidico, " spiega von Schirnding. L'incapsulamento assicura che queste particelle siano prontamente assorbite dalle cellule senza attivare contromisure. Una volta all'interno della cellula, lo strato lipidico viene efficacemente scomposto, e grandi quantità di calcio e citrato si depositano nel citoplasma.

Esperimenti su cellule in coltura hanno rivelato che le particelle sono selettivamente letali:uccidono le cellule cancerose, ma lasciando le cellule sane (che assorbono anche le particelle) sostanzialmente illese. "Chiaramente, le particelle possono essere altamente tossiche per le cellule tumorali. Infatti, abbiamo scoperto che più aggressivo è il tumore, maggiore è l'effetto di uccisione, "dice Engelke.

Durante l'assorbimento cellulare, le nanoparticelle acquisiscono un secondo strato di membrana. Gli autori dello studio postulano che un meccanismo sconosciuto, specifico delle cellule cancerose, provochi una rottura di questa membrana esterna, permettendo al contenuto delle vescicole di fuoriuscire nel citoplasma. Nelle cellule sane, d'altra parte, questo strato più esterno conserva la sua integrità, e le vescicole vengono successivamente escrete intatte nel mezzo extracellulare.

"La tossicità altamente selettiva delle particelle ci ha permesso di trattare con successo due diversi tipi di tumori pleurici altamente aggressivi nei topi. Con solo due dosi, amministrato localmente, siamo stati in grado di ridurre le dimensioni del tumore del 40 e 70%, rispettivamente, " dice Engelke. Molti tumori pleurici sono i prodotti metastatici dei tumori polmonari, e si sviluppano nella cavità pleurica tra il polmone e la gabbia toracica. Poiché questa regione non è rifornita di sangue, è inaccessibile agli agenti chemioterapici. "In contrasto, le nostre nanoparticelle possono essere introdotte direttamente nella cavità pleurica, " dice Bein. Inoltre, nel corso di un trattamento di due mesi, non sono stati rilevati segni di gravi effetti collaterali. Globale, questi risultati suggeriscono che le nuove nanoparticelle hanno un grande potenziale per l'ulteriore sviluppo di nuovi trattamenti per altri tipi di cancro.