Con l'aiuto di spugne inserite nel flusso sanguigno per assorbire i farmaci in eccesso, i medici sperano di prevenire i pericolosi effetti collaterali degli agenti chemioterapici tossici o addirittura di somministrare dosi più elevate per respingere i tumori, come il cancro al fegato, che non rispondono a trattamenti più benigni.

La "spugna per farmaci" è un polimero assorbente che riveste un cilindro stampato in 3D per adattarsi perfettamente a una vena che trasporta il sangue che scorre fuori dall'organo bersaglio:il fegato nel cancro del fegato, Per esempio. Là, assorbirebbe qualsiasi farmaco non assorbito dal tumore, impedendogli di raggiungere e potenzialmente avvelenare altri organi.

Nei primi test sui suini, l'assorbitore del farmaco rivestito di polimero ha assunto, in media, Il 64% di un farmaco per il cancro del fegato, l'agente chemioterapico doxorubicina, è stato iniettato a monte.

"I chirurghi introducono un filo nel flusso sanguigno e posizionano la spugna come uno stent, e lascialo dentro per il tempo che dedichi alla chemioterapia, forse qualche ora, " disse Nitash Balsara, un professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso l'Università della California, Berkeley, e uno scienziato della facoltà al Lawrence Berkeley National Laboratory.

"Perché è un dispositivo temporaneo, c'è una barra più bassa in termini di approvazione da parte della FDA, " ha detto Steven Hetts, un radiologo interventista dell'UC San Francisco che per primo si è avvicinato a Balsara in cerca di un modo per rimuovere i farmaci dal flusso sanguigno. "Penso che questo tipo di chemiofiltro sia uno dei percorsi più brevi per i pazienti".

La maggior parte dei farmaci antitumorali sono velenosi, così i medici seguono una linea delicata quando somministrano la chemioterapia. Una dose deve essere sufficiente per uccidere o fermare la crescita delle cellule cancerose, ma non abbastanza alto da danneggiare irreparabilmente gli altri organi del paziente. Comunque, la chemioterapia è tipicamente accompagnata da importanti effetti collaterali, compresa la nausea, vomito, diarrea e soppressione del sistema immunitario, per non parlare della caduta dei capelli e delle ulcere.

"Lo stiamo sviluppando intorno al cancro al fegato perché è una grande minaccia per la salute pubblica - ci sono decine di migliaia di nuovi casi ogni anno - e già trattiamo il cancro al fegato usando la chemioterapia intra-arteriosa, " disse Hetts. "Ma se ci pensi bene, potresti usare questo tipo di approccio per qualsiasi tumore o malattia confinata a un organo, e vuoi assorbire il farmaco sul lato venoso prima che possa distribuirsi e causare effetti collaterali in altre parti del corpo. In definitiva, vorremmo utilizzare questa tecnologia in altri organi per trattare i tumori renali e cerebrali".

Hett, Balsara e i loro colleghi dell'UC Berkeley, UCSF e l'Università della Carolina del Nord, Collina della Cappella, pubblicheranno i loro risultati online il 9 gennaio sulla rivista Scienze Centrali ACS , una pubblicazione ad accesso aperto dell'American Chemical Society.

Trattamenti più delicati

Hett, il capo della neuroradiologia interventistica presso l'UCSF Mission Bay Hospitals, tratta i tumori dell'occhio e del cervello infilando cateteri attraverso il flusso sanguigno per somministrare farmaci chemioterapici direttamente al sito del tumore. Questo fornisce la dose massima al tumore e la dose minima al resto del corpo, minimizzando gli effetti collaterali. È un grande miglioramento rispetto all'iniezione di farmaci chemioterapici direttamente nel flusso sanguigno, che permette ai farmaci di raggiungere e avvelenare ogni parte del corpo e scommette sul tumore che soccombe prima del paziente. Tuttavia, tipicamente più della metà della dose iniettata nel corpo sfugge all'organo bersaglio.

Diversi anni fa, ha iniziato a pensare a un importante miglioramento:filtrare il sangue che fuoriesce dall'organo mirato per rimuovere la chemio in eccesso in modo che molto meno farmaco raggiunga il corpo nel suo insieme.

Balsara, un ingegnere chimico specializzato in polimeri ionici per batterie e celle a combustibile, è una delle persone a cui Hetts si è rivolto per trovare un assorbitore adatto da inserire nel flusso sanguigno. Nel 2016, l'ex borsista post-dottorato dell'UC Berkeley e del Berkeley Lab, Chelea Chen, ha identificato un polimero ionico, non diversamente dai polimeri utilizzati nelle celle a combustibile, che ha assorbito efficacemente la doxorubicina,

"Un assorbitore è un concetto standard di ingegneria chimica, " Balsara ha detto. "Gli assorbitori sono utilizzati nella raffinazione del petrolio per rimuovere sostanze chimiche indesiderate come lo zolfo. Letteralmente, abbiamo tolto il concetto dalla raffinazione del petrolio e l'abbiamo applicato alla chemioterapia".

Quel polimero ha portato il team di Balsara a una versione commerciale del polimero assorbente che era più facile da ottenere in grandi quantità, e il postdoc di Berkeley, Hee Jeung Oh, hanno trascorso più di un anno a perfezionare un modo per far aderire il polimero a un cilindro stampato in 3D con montanti incrociati che potevano essere posizionati all'interno della vena di una persona.

"L'adattamento del cilindro nella vena è importante; se l'adattamento è scadente, quindi il sangue con il farmaco disciolto scorrerà oltre il cilindro senza interagire con l'assorbente, " ha affermato Balsara. Riconoscendo la necessità di personalizzare il dispositivo per i singoli pazienti, Balsara ha sollecitato l'aiuto di un collaboratore di lunga data, Giuseppe De Simone, l'amministratore delegato di Carbon, Inc., una società di stampa 3D a Redwood City.

Negli esperimenti riportati in Scienze Centrali ACS , Hetts ha impiantato il dispositivo stampato in 3D nella vena di un maiale e ha misurato la quantità di doxorubicina iniettata a monte rimasta a valle dell'assorbitore. In un maiale sano, circa il 64 percento del farmaco è stato rimosso.

Sono attualmente nel bel mezzo di esperimenti per determinare quanto farmaco viene assorbito quando il dispositivo viene implementato all'uscita di un fegato di maiale sano, anche se la vera prova sarà negli esseri umani, forse tra un paio d'anni, ha detto Hett.

"Questa è una convalida in vivo di primo livello che sì, questo dispositivo legherà il farmaco nel flusso sanguigno, " ha detto. "Ma la sperimentazione animale estensiva non è la strada successiva; il prossimo percorso è ottenere l'approvazione condizionale dalla FDA per fare studi first-in-human, perché è molto più realistico testarli su persone che hanno il cancro invece di continuare a testare su maialini che hanno fegati altrimenti sani".

Hetts afferma che la tecnica è superiore a un altro trattamento per il cancro al fegato ora in fase di test, che richiede un'importante chirurgia endovascolare per bloccare completamente le uscite dal fegato con palloncini e deviare il sangue in uscita verso una macchina per dialisi esterna, dove il farmaco viene rimosso e il sangue restituito al corpo.

"Ci sono molte opportunità per sviluppare dispositivi meno invasivi che legheranno il farmaco in modo più delicato, " Egli ha detto.

Le spugne farmacologiche potrebbero essere applicate a molti tipi di tumori e farmaci chemioterapici, Hett ha detto, e potrebbe essere potenzialmente utilizzato per assorbire altre droghe pericolose, come antibiotici ad alta potenza che sono tossici per i reni ma necessari per uccidere un agente patogeno.

"Pensiamo che questo sia un concetto generalmente applicabile, " Egli ha detto.