Panoramica dell'esperimento. Molecole cave a forma di zucca con code di allilossi si autoassemblano in vescicole che possono trasportare farmaci nelle cellule tumorali. Quindi un laser rompe le vescicole che facilita il rilascio del farmaco in modo tempestivo e localizzato. Credito:Istituto per le scienze di base
Con l'obiettivo di ridurre al minimo gli effetti collaterali della chemioterapia sui tessuti sani, un team di ricercatori del Center for Self-assembly and Complexity, all'interno dell'Istituto per le scienze di base (IBS) hanno sviluppato nuovi nanocontenitori in grado di fornire farmaci antitumorali in tempi e luoghi precisi. Pubblicato in Angewandte Chemie Edizione Internazionale , lo studio combina molecole dal design unico e rilascio di farmaci dipendenti dalla luce, che potrebbe fornire una nuova piattaforma per migliorare l'effetto delle terapie antitumorali.
Grazie ad una osservazione fortuita, I ricercatori IBS di POSTECH hanno scoperto che le molecole a forma di zucca munite di coda, cucurbita mono-allilossilata[7]uril (AO1CB[7]), agire come tensioattivo in acqua. La maggior parte dei tensioattivi, come le molecole di sapone nelle bolle e i fosfolipidi nelle membrane cellulari, hanno piccole teste amanti dell'acqua (idrofile) e lunghe code amanti del grasso (idrofobe) che determinano come si dispongono nello spazio. In contrasto, AO1CB[7] è piuttosto non convenzionale in quanto forma vescicole nell'acqua nonostante la sua corta coda allilossi idrofoba. Un'analisi dettagliata ha mostrato che le code uniscono le molecole di AO1CB[7] in particelle colloidali.
"Vedere AO1CB[7] formare una soluzione torbida quando viene agitato in acqua è stata una sorpresa inaspettata per il team, " spiega PARK Kyeng Min, il primo e corrispondente autore dello studio. "Abbiamo pensato di sfruttare questa proprietà appena scoperta e utilizzare queste vescicole come veicoli per trasportare farmaci antitumorali. Quindi, controllando quando e dove le vescicole sono rotte, i farmaci potrebbero essere rilasciati su richiesta".
Struttura chimica e caratteristiche tensioattive della cucurbita mono-allilossilata[7]uril (AO1CB[7]). A) e B) mostrano la struttura chimica della molecola AO1CB[7]. C) Dopo vigorosa agitazione di AO1CB[7] in acqua, la soluzione diventa torbida e si forma della schiuma sopra, il che significa che AO1CB[7] si comporta come un tensioattivo. Credito:Istituto per le scienze di base
Oltre ad aiutare AO1CB[7] ad autoassemblarsi, la coda allilossi è anche sensibile alla luce:può reagire con molecole come il glutatione normalmente presente nelle cellule quando irradiato dalla luce UV (lunghezza d'onda di 365 nanometri). Similmente allo scoppio di una bolla di sapone, la reazione tra le code e le molecole di glutatione rompe le vescicole AO1CB[7] a parte.
Invece di utilizzare il laser UV a fotone singolo per promuovere la reazione della coda glutatione-allilossi, I ricercatori dell'IBS hanno impiegato un laser a due fotoni nel vicino infrarosso, che ha la capacità di penetrare più in profondità nei tessuti con maggiore precisione. In parole povere, il laser a due fotoni (lunghezza d'onda 720 nanometri) è uno strumento migliore da utilizzare rispetto a un laser a fotone singolo (365 nanometri) in quanto può raggiungere più profondità all'interno della carne con meno dispersione. Poiché l'area irradiata è più piccola, la somministrazione del farmaco è confinata all'area mirata, con conseguente minor danno al tessuto sano che circonda il tumore.
Il team di ricerca ha applicato questa tecnologia per somministrare il farmaco chemioterapico Doxorubicina alle cellule del cancro cervicale (cellule HeLa) in laboratorio. Hanno osservato che il farmaco era in grado di uscire dalle vescicole, raggiungere il nucleo delle cellule cancerose, ed eventualmente ucciderli.
"Questi studi a livello cellulare rappresentano una dimostrazione di prova del concetto. Ora vogliamo estendere questa tecnologia ai modelli animali, come topi portatori di cancro, verificarne l'uso pratico in diversi tipi di tumori, " spiega Parco.
Immagini al microscopio fluorescente della somministrazione di farmaci antitumorali tramite vescicole AO1CB[7] e laser vicino all'infrarosso a due fotoni. Il farmaco chemioterapico Doxorubicina (Dox, in rosso) è stato intrappolato nelle vescicole AO1CB[7] e consegnato alle cellule del cancro cervicale (cellule HeLa). L'immagine confronta la posizione di Dox in assenza A) e presenza B) di irradiazione laser a due fotoni a infrarossi. In B) il farmaco è visibile all'interno del nucleo (colorato in blu), il che significa che le vescicole sono state distrutte e il farmaco è stato in grado di raggiungere il nucleo, dove combatte il tumore canceroso con maggiore efficienza. Credito:Istituto per le scienze di base
