Una delle sfide dell'utilizzo delle nanoparticelle per l'imaging dei tumori durante l'intervento chirurgico è che deve esserci un compromesso tra il numero di nanoparticelle che prendono di mira un tumore e la rapida eliminazione di eventuali nanoparticelle non legate dal corpo. Un gran numero di nanoparticelle che aderiscono saldamente a un tumore fornirà un segnale luminoso che può aiutare un chirurgo a individuare i bordi del tessuto maligno, ma solo se il segnale di fondo delle nanoparticelle non legate, quelle che circolano liberamente nel corpo, non è troppo alto.
Ora, un team di ricercatori ha sviluppato una serie di regole di progettazione in grado di ottimizzare tale compromesso, producendo nanoparticelle che hanno le migliori possibilità di legarsi a un tumore ma che si dissolvono rapidamente attraverso i reni quando non trovano il loro bersaglio. Il gruppo, guidato da Giovanni Frangioni, dal Beth Israel Deaconess Medical Center, e Moungi Bawendi, del Massachusetts Institute of Technology e membro del MIT-Harvard Center of Cancer Nanotechnology Excellence, hanno pubblicato i risultati del loro lavoro sulla rivista Nanotecnologia della natura .
In lavori precedenti, i ricercatori avevano scoperto che i reni filtrano efficacemente dal flusso sanguigno nanoparticelle di circa 5,5 nanometri (nm) di diametro e che sono zwitterioniche, cioè hanno cariche sia positive che negative sulla loro superficie. I ricercatori hanno anche sviluppato ultrasmall, zwitterionico, nanoparticelle fluorescenti luminose costituite da un nucleo di solfuro di zinco-cadmio circondato da un guscio di seleniuro di cadmio e un rivestimento di cisteina.
In questo studio, i ricercatori hanno collegato uno dei due agenti mirati al tumore al rivestimento di cisteina e hanno testato la capacità delle due formulazioni di colpire i tumori e tuttavia essere eliminate dalla circolazione. Mentre il solito approccio allo sviluppo di nanoparticelle mirate è stato quello di aggiungere il maggior numero possibile di molecole mirate al fine di aumentare la probabilità di aderire al tessuto mirato, i ricercatori hanno scoperto che potevano aggiungere solo tra cinque e dieci molecole mirate senza aumentare la dimensione complessiva della nanoparticella al di sopra del cutoff di 5,5 nm. Di pari importanza, hanno anche scoperto che le nanoparticelle preparate in questo modo non si legano alle proteine del flusso sanguigno, che avrebbe avuto l'effetto di aumentare la dimensione complessiva delle nanoparticelle.
I test sugli animali che utilizzano cellule in coltura hanno mostrato che l'utilizzo anche di un numero relativamente basso di molecole mirate produce nanoparticelle in grado di legarsi strettamente alle cellule tumorali mirate. Gli studi di biodistribuzione hanno mostrato che le nanoparticelle accumulate in tumori mirati, dove possono essere ripresi, ma non nel fegato, milza, e polmoni, tessuti che spesso accumulano nanoparticelle circolanti. Le nanoparticelle non legate sono state escrete attraverso i reni, come previsto, entro 4 ore. L'autorizzazione di quattro ore è importante perché significa che in pratica, un paziente programmato per un intervento chirurgico di rimozione del tumore potrebbe ricevere una dose delle nanoparticelle al suo arrivo in ospedale e che i livelli di fondo delle nanoparticelle non legate sarebbero vicini allo zero nel momento in cui il chirurgo avesse bisogno di visualizzare i tumori etichettati.
Questo lavoro, che è dettagliato in un documento intitolato "Considerazioni sulla progettazione di nanoparticelle mirate al tumore, " è stato in parte sostenuto dalla NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, un'iniziativa globale progettata per accelerare l'applicazione delle nanotecnologie alla prevenzione, diagnosi, e cura del cancro. Un abstract di questo articolo è disponibile sul sito web della rivista.
