(PhysOrg.com) -- Circa cinque anni fa, La professoressa Janet Sawicki del Lankenau Institute in Pennsylvania ha letto un articolo sulle nanoparticelle sviluppate da Robert Langer del MIT per la terapia genica, l'inserimento di geni nelle cellule viventi per il trattamento della malattia. Sawicki stava lavorando al trattamento del cancro ovarico fornendo, tramite virus, il gene per la tossina difterica, che uccide le cellule tumorali.

“Avevo lavorato con gli adenovirus per fornire DNA, e stavo riscontrando alcuni problemi con il loro utilizzo, "dice Sawicki. "Il problema con i virus è che possono produrre una risposta immunitaria seria nell'ospite, che può essere letale".

Dopo aver letto delle nanoparticelle, Sawicki ha inviato un'e-mail a Langer, un professore del MIT Institute e ingegnere chimico, per informarsi sull'avvio di un progetto di terapia genica con le nanoparticelle. “Ho pensato che sarebbero stati perfetti per quello che stavo cercando di fare, "ricorda. La collaborazione risultante ha portato a un potenziale trattamento promettente per il cancro ovarico, una delle forme più letali di cancro. Quest'estate, i due laboratori hanno riferito che la terapia genica fornita da nanoparticelle ha soppresso con successo la crescita del tumore ovarico nei topi.

Le nanoparticelle, realizzati con polimeri biodegradabili, offrono la possibilità di superare uno dei maggiori ostacoli alla realizzazione della promessa della terapia genica:i virus spesso utilizzati per trasportare i geni nel corpo possono mettere in pericolo i pazienti. Per di più, le particelle create nel laboratorio di Langer ora rivaleggiano con l'efficienza dei virus nel fornire il loro carico utile di DNA.

Sono necessari ulteriori test per confermare la sicurezza delle particelle negli esseri umani, ma poiché sono sintetici, c'è meno possibilità che provochino una risposta immunitaria dannosa, dice Daniel Anderson, un ricercatore nel laboratorio di Langer.

Un virus artificiale

Ce ne sono quasi 1, 000 studi clinici in corso negli Stati Uniti riguardanti la terapia genica, per malattie compreso il cancro, malattie cardiovascolari e disturbi neurologici. Però, nessun trattamento di terapia genica è stato approvato negli Stati Uniti.

virus, il veicolo di consegna genica più comunemente usato, sono una scelta logica, poiché i virus sono costruiti per iniettare il proprio DNA nelle cellule ospiti. Ma dopo la morte nel 1999 di uno studente delle superiori iscritto a uno studio di terapia genica presso l'Università della Pennsylvania, alcuni ricercatori hanno spostato la loro attenzione sui vettori non virali.

Anderson ha avviato il progetto delle nanoparticelle nel laboratorio di Langer circa 10 anni fa, poco dopo aver terminato il suo dottorato di ricerca in riparazione del DNA batterico. Sebbene Anderson abbia trovato l'argomento della sua tesi "scientificamente interessante, non ha avuto un senso di impatto immediato per me. Volevo vedere se potevo avvicinarmi alla medicina”. Ha chiesto l'aiuto del chimico David Lynn, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Langer, ora professore all'Università del Wisconsin, per costruire lunghe catene di polimeri biodegradabili (grandi molecole composte da subunità ripetute) note come poli(beta-ammino esteri).

Quando questi polimeri sintetici sono mescolati con il DNA, si assemblano spontaneamente per formare nanoparticelle. Il complesso polimero-DNA può agire come un virus artificiale, fornire DNA funzionale quando iniettato all'interno o vicino al tessuto bersaglio.

Ci sono infinite possibili sequenze per tali polimeri, e piccole variazioni possono rendere un polimero più o meno efficiente nel fornire il DNA. Anderson e altri nel laboratorio di Langer hanno sviluppato un modo per automatizzare sia la produzione di un vasto numero di particelle con lievi variazioni sia le tecniche di screening utilizzate per determinare l'efficacia delle particelle.

“Invece di cercare di creare il polimero perfetto, ne facciamo migliaia, "dice Anderson. Ciò aumenta le probabilità che i ricercatori trovino una nanoparticella che fa quello che vogliono.

“Se puoi provare una o due cose ogni sei mesi, potrebbe volerci un po' di tempo per trovare qualcosa che funzioni. Ma se puoi provare decine di migliaia di cose, le tue possibilità di successo sono molto maggiori, e questo vale per qualsiasi luogo, "dice Langer.

Improving efficiency

One drawback to non-viral vectors is that they are not as efficient as viruses at integrating their DNA payload into the target cell’s genome, says Leaf Huang, professor in the School of Pharmacy at the University of North Carolina. Però, in the past several years, advances by Langer and others have improved that efficiency by several orders of magnitude.

“Non-viral vectors are now comparable to viral vectors, in some cases, ” says Huang, whose research focuses on delivering genes surrounded by a fatty membrane. “They have come a long way compared to 10 years ago.”

Both viral and non-viral methods could eventually prove useful and safe, says gene therapy researcher Katherine High, who is part of a team that recently used viral gene therapy to restore some sight to children suffering from a congenital retinal disease.

“It’s been a slow road, ” says High, a professor at the University of Pennsylvania Medical School, but over the past 20 years scientists have made much progress in managing the safety issues posed by viral vectors.

The ovarian cancer treatment developed at MIT and the Lankenau Institute has been successful in animal studies but is not yet ready for clinical trials. Such trials could get under way in a year or two, says Anderson. Nel frattempo, he and others in Langer’s lab are exploring other uses for their nanoparticles. Last month, the researchers reported using the particles to boost stem cells’ ability to regenerate vascular tissue (such as blood vessels) by equipping them with genes that produce extra growth factors.

“We’ve had success with gene delivery using these nanoparticles, so we thought they might be a safer, temporary way to modify stem cells, ” says Anderson.

Provided by Massachusetts Institute of Technology (news :web)