I ricercatori della Johns Hopkins University hanno creato particelle nanometriche biodegradabili che possono facilmente scivolare attraverso le secrezioni di muco appiccicoso e viscoso del corpo per fornire un carico di farmaci a rilascio prolungato.

I ricercatori dicono che queste nanoparticelle, che si degradano nel tempo in componenti innocui, potrebbe un giorno portare farmaci salvavita a pazienti affetti da dozzine di condizioni di salute, comprese le malattie degli occhi, polmone, intestino o apparato riproduttivo femminile.

Le nanoparticelle biodegradabili che penetrano nel muco sono state sviluppate da un team interdisciplinare guidato da Justin Hanes, un professore di ingegneria chimica e biomolecolare alla Whiting School of Engineering della Johns Hopkins. Il lavoro del team è stato riportato di recente in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . I collaboratori di Hanes includevano l'esperta di fibrosi cistica Pamela Zeitlin, professore di pediatria presso la Johns Hopkins School of Medicine e direttore di medicina polmonare pediatrica presso il Johns Hopkins Children's Center.

Queste nanoparticelle, Zeitlin ha detto, potrebbe essere un mezzo ideale per somministrare farmaci a persone con fibrosi cistica, una malattia che uccide bambini e adulti alterando le barriere del muco nei polmoni e nell'intestino.

"Il muco della fibrosi cistica è notoriamente denso e appiccicoso e rappresenta un'enorme barriera alla somministrazione di farmaci per aerosol, " ha detto. "Nel nostro studio, le nanoparticelle sono state progettate per viaggiare attraverso il muco della fibrosi cistica a una velocità molto maggiore che mai, migliorando così la somministrazione del farmaco. Questo lavoro è di fondamentale importanza per andare avanti con la prossima generazione di piccole molecole e terapie basate sui geni".

Al di là delle loro potenziali applicazioni per i pazienti con fibrosi cistica, le nanoparticelle potrebbero anche essere utilizzate per aiutare a curare disturbi come il cancro del polmone e del collo dell'utero, e infiammazione dei seni, occhi, polmoni e tratto gastrointestinale, disse Benjamin C. Tang, autore principale del recente articolo di giornale e borsista post-dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare.

"La chemioterapia viene in genere somministrata a tutto il corpo e ha molti effetti collaterali indesiderati, " ha detto. "Se i farmaci vengono incapsulati in queste nanoparticelle e inalati direttamente nei polmoni dei malati di cancro ai polmoni, i farmaci possono raggiungere i tumori polmonari in modo più efficace, e si possono ottenere risultati migliori, soprattutto per i pazienti con diagnosi di carcinoma polmonare non a piccole cellule in fase iniziale".

Nei polmoni, occhi, tratto gastrointestinale e altre aree, il corpo umano produce strati di muco per proteggere i tessuti sensibili. Ma un effetto collaterale indesiderato è che queste barriere di muco possono anche tenere lontani i farmaci utili.

Negli esperimenti di proof-of-concept, precedenti gruppi di ricerca guidati da Hanes hanno dimostrato in precedenza che le particelle di lattice ricoperte di glicole polietilenico potrebbero scivolare oltre i rivestimenti di muco. Ma le particelle di lattice non sono un materiale pratico per la somministrazione di farmaci ai pazienti umani perché non vengono scomposte dal corpo. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno descritto come hanno compiuto un importante passo avanti nella produzione di nuove particelle che si biodegradano in componenti innocui mentre rilasciano il carico utile del farmaco nel tempo.

"Il principale progresso qui è che siamo stati in grado di produrre nanoparticelle biodegradabili in grado di penetrare rapidamente nelle secrezioni di muco denso e appiccicoso, e che queste particelle possono trasportare un'ampia gamma di molecole terapeutiche, da piccole molecole come chemioterapici e steroidi a macromolecole come proteine ​​e acidi nucleici, "Hanes ha detto. "In precedenza, non siamo riusciti a ottenere questo tipo di trattamenti a rilascio prolungato attraverso gli strati di muco appiccicoso del corpo in modo efficace".

Le nuove particelle biodegradabili comprendono due parti costituite da molecole utilizzate abitualmente nei farmaci esistenti. Un nucleo interiore, composto in gran parte da acido polisebacico (PSA), intrappola gli agenti terapeutici all'interno. Un rivestimento esterno particolarmente denso di molecole di polietilenglicole (PEG), che sono collegati a PSA, consente a una particella di muoversi attraverso il muco quasi con la stessa facilità con cui si muovesse nell'acqua e consente inoltre al farmaco di rimanere in contatto con i tessuti interessati per un lungo periodo di tempo.

Nei precedenti studi di Hanes con particelle che penetrano nel muco, le particelle di lattice potrebbero essere efficacemente rivestite con PEG ma non potrebbero rilasciare farmaci o biodegradarsi. A differenza del lattice, però, Il PSA può degradarsi in molecole naturali che vengono scomposte e lavate via dal corpo attraverso il rene, Per esempio. Quando le particelle si rompono, i farmaci caricati all'interno vengono rilasciati.

Questa proprietà del PSA consente il rilascio prolungato di farmaci, disse Samuel Lai, professore assistente di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare, mentre la loro progettazione per la penetrazione del muco consente loro di raggiungere più facilmente i tessuti inaccessibili.

Jie Fu, un assistente professore di ricerca, anche dal Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare, disse, "Mentre si degrada, il PSA si stacca insieme al farmaco in un lasso di tempo controllato che può raggiungere i giorni o le settimane".

Il polietilenglicole agisce come uno scudo per proteggere le particelle dall'interazione con le proteine ​​nel muco che ne causerebbero l'eliminazione prima di rilasciare il loro contenuto. In un rapporto di ricerca correlato, il gruppo ha dimostrato che le particelle possono incapsulare in modo efficiente diversi chemioterapici, e che una singola dose di particelle caricate con il farmaco è stata in grado di limitare la crescita del tumore in un modello murino di cancro ai polmoni fino a 20 giorni.