I medici oggi hanno a disposizione un arsenale di oltre 200 farmaci per il trattamento di una serie di tumori:solo tra il 2011 e il 2016 sono stati approvati 68 farmaci. Ma molti agenti chemioterapici pongono sfide ostinate:causano gravi effetti collaterali perché uccidono le cellule sane oltre alle cellule cancerose; alcune forme di cancro sviluppano resistenza ai farmaci; e molte di queste chemioterapie, essendo poco solubile in acqua, dimostrare una bassa biodisponibilità con conseguente somministrazione subottimale del farmaco alle cellule tumorali.

Una potenziale soluzione risiede nella combinazione sinergica di un farmaco chemioterapico con materiale genetico ingegnerizzato progettato per neutralizzare i geni malevoli che conferiscono resistenza a quel farmaco, tra le altre funzioni.

Sebbene ci siano numerosi esempi di veicoli sintetici a doppio gene e di somministrazione di farmaci, nuovi materiali ibridi sviluppati in laboratorio presso la NYU Tandon School of Engineering utilizzano proteine ​​facilmente modificabili per fornire un pugno chimico uno-due:combinano un "contenitore" lipidico per la trasfezione - il trasporto del carico oltre una membrana cellulare - e un facile capsula proteica in grado di legare sia piccole molecole chemioterapiche che acidi nucleici.

Sviluppato da un team guidato da Jin Kim Montclare, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare della NYU Tandon, che è anche professore affiliato di chimica presso il College of Arts and Sciences della NYU, e professore affiliato di biomateriali presso il NYU College of Dentistry, oltre ad essere affiliato con SUNY Downstate come professore di biochimica, il materiale ibrido lipidico-proteico, chiamato lipoproteoplex, comprende sia una macromolecola proteica sovraccarica arrotolata che un agente di trasfezione disponibile in commercio chiamato Lipofectamine 2000.

Poiché i ricercatori hanno progettato la macromolecola proteica con estese cariche positive sulla superficie e un nucleo idrofobo, può essere facilmente decorato con RNA interferente corto (siRNA) caricato negativamente, un potente strumento per sopprimere i geni che invocano la resistenza ai farmaci e propagano stati patologici, fungendo anche da efficiente, e riduzione della tossicità, borsone per l'agente chemioterapico idrofobico doxorubicina.

In una ricerca pubblicata in Biomacromolecole , una rivista dell'American Chemical Society, il team descrive in dettaglio come il lipoproteoplex esposto a campioni della linea cellulare di cancro al seno MCF-7 ha fornito più doxorubicina alle cellule bersaglio rispetto alla sola Lipofectamine 2000, con conseguente sostanziale diminuzione della vitalità delle cellule MCF-7. Hanno anche dimostrato che la macromolecola ibrida ha avuto molto successo nella trasfezione di siRNA, silenziando il gene del 60 per cento.

Montclare ha affermato che un vantaggio chiave del nuovo lipoproteoplex è la facilità di modifica, una risorsa per i ricercatori che studiano le cellule il cui comportamento geneticamente richiamato cambia nel tempo e differisce in base alla linea cellulare e al paziente. Un po' come un sistema di componenti mix-and-match, il lipoproteoplex consente ai ricercatori di sostituire una proteina sovralimentata o un componente lipidico e un numero qualsiasi di siRNA per indirizzare una specifica linea cellulare e un tipo di farmaco.

"A differenza di altre attività nella produzione di sistemi a doppio gene e di somministrazione di farmaci, questo approccio non richiede noiose procedure di sintesi chimica; piuttosto possiamo biosintetizzare qualsiasi variante della proteina sovralimentata, " ha detto. "Questo consente di sostituire diverse molecole di siRNA e farmaci chemioterapici per soddisfare le esigenze di laboratorio".

In un recente lavoro sui materiali ibridi a base di proteine, Montclare e i suoi collaboratori hanno combinato una proteina sovralimentata ingegnerizzata con il reagente di trasfezione Fugene. La combinazione ha mostrato un miglioramento di otto volte nell'efficienza di trasfezione del DNA rispetto al solo Fugene, con citotossicità trascurabile.

Montclare sta studiando i meccanismi che consentono a questi lipoproteoplessi di veicolare efficacemente geni e farmaci attraverso diverse linee cellulari.