(PhysOrg.com) -- Utilizzando nanogabbie d'oro facilmente preparate che sono in grado di sfuggire al flusso sanguigno e accumularsi nei tumori, un team di ricercatori della Washington University di St. Louis ha dimostrato di poter utilizzare la luce laser per uccidere i tumori umani nei topi. I risultati di questo studio, guidata da Younan Xia e Michael Welch, sono stati pubblicati sulla rivista Piccolo .

Sebbene l'uso di nanogabbie d'oro per curare il cancro umano sia ancora a diversi anni dagli studi clinici, i ricercatori sono incoraggiati dalle loro recenti scoperte. "Abbiamo visto cambiamenti significativi nel metabolismo e nell'istologia del tumore, "dice il dottor Welch, "il che è notevole dato che il lavoro era esplorativo, la "dose" del laser non era stata massimizzata, e i tumori erano presi di mira "passivamente" piuttosto che "attivamente".

Le nanogabbie stesse sono innocue in assenza di energia luminosa. "Sali d'oro e colloidi d'oro sono stati usati per curare l'artrite per più di 100 anni, " dice il dottor Welch. "La gente sa cosa fa l'oro nel corpo ed è inerte, quindi speriamo che questo sia un approccio non tossico".

Le nanogabbie d'oro sono scatole vuote realizzate facendo precipitare l'oro su nanocubi d'argento. L'argento si erode simultaneamente dall'interno del cubo, entrando nella soluzione attraverso i pori che si aprono negli angoli ritagliati del cubo. Sospensioni delle nanogabbie d'oro, che hanno all'incirca le stesse dimensioni di una particella virale, non sono sempre gialli, come ci si potrebbe aspettare, ma invece può essere qualsiasi colore dell'arcobaleno. Il colore di una sospensione di nanogabbie dipende dallo spessore delle pareti delle gabbie e dalla dimensione dei pori in quelle pareti. come il loro colore, la loro capacità di assorbire la luce e convertirla in calore può essere controllata con precisione. "La chiave per la terapia fototermica, "dice il dottor Xia, "è la capacità delle gabbie di assorbire efficacemente la luce e convertirla in calore."

Le nanogabbie d'oro sono colorate grazie a un processo noto come risonanza plasmonica di superficie. Alcuni degli elettroni nell'oro non sono ancorati ai singoli atomi ma formano invece un gas di elettroni fluttuante, Il dottor Xia spiega. La luce che cade su questi elettroni può farli oscillare all'unisono. Questa oscillazione collettiva, il plasmone di superficie, sceglie una particolare lunghezza d'onda, o colore, fuori dalla luce incidente, e questo determina il colore che una data nanogabbia d'oro assume in soluzione. La risonanza - e il colore - possono essere sintonizzati su un'ampia gamma di lunghezze d'onda alterando lo spessore delle pareti delle gabbie. Per applicazioni biomediche, Il dottor Xia e i suoi colleghi hanno sintonizzato le gabbie per assorbire la luce a 800 nanometri, una lunghezza d'onda che cade in una finestra di trasparenza tissutale compresa tra 750 e 900 nanometri, nella parte del vicino infrarosso dello spettro. La luce in questo punto debole può penetrare fino a diversi centimetri nel corpo (dalla pelle o dall'interno del tratto gastrointestinale o da altri sistemi di organi).

La conversione della luce in calore deriva dallo stesso effetto fisico del colore. La risonanza plasmonica di superficie ha due parti. Alla frequenza di risonanza, la luce è tipicamente sia dispersa dalle gabbie che assorbita da esse. Controllando le dimensioni delle gabbie, Il Dr. Xia ei suoi collaboratori li adattano per ottenere il massimo assorbimento. Inoltre, mettono a punto la capacità delle nanogabbie di rimanere nel flusso sanguigno rivestendole con un polimero biocompatibile noto come glicole polietilenico (PEG).

Nel laboratorio del dottor Welch, topi portatori di tumori su entrambi i fianchi sono stati divisi casualmente in due gruppi. I topi in un gruppo sono stati iniettati con le nanogabbie rivestite con PEG e quelli nell'altro con una soluzione tampone. Diversi giorni dopo il tumore destro di ciascun animale è stato esposto a un laser a diodi per 10 minuti. Il team ha quindi impiegato diverse tecniche di imaging non invasive per seguire gli effetti della terapia. Durante l'irradiazione, le immagini termiche dei topi sono state realizzate con una telecamera a infrarossi. Come per altri animali che regolano automaticamente la loro temperatura corporea, le cellule del topo funzionano in modo ottimale solo se la temperatura corporea del topo rimane tra i 36,5 ei 37,5 gradi Celsius. A temperature superiori a 42 gradi Celsius (107 gradi Fahrenheit) le cellule iniziano a morire mentre le proteine ​​il cui corretto funzionamento le mantiene iniziano a svilupparsi.

Le immagini a infrarossi realizzate mentre i tumori sono stati irradiati con un laser mostrano che nei topi a cui è stata iniettata la nanogabbia, la superficie del tumore divenne rapidamente abbastanza calda da uccidere le cellule. Nei topi iniettati con tampone, la temperatura si è appena alzata. Infatti, nei topi a cui è stata iniettata la nanogabbia, la temperatura della superficie della pelle è aumentata rapidamente da 32 gradi Celsius a 54 gradi C, mentre nei topi iniettati con tampone, la temperatura superficiale è rimasta al di sotto della normale temperatura corporea di 37 gradi Celsius.

Per vedere che effetto ha avuto questo riscaldamento sui tumori, ai topi è stato iniettato un agente di contrasto per tomografia a emissione di positroni (PET) che viene utilizzato per misurare il metabolismo cellulare. I tumori dei topi iniettati con nanogabbia erano significativamente più deboli nelle scansioni PET rispetto a quelli dei topi iniettati con tampone, indicando che molte cellule tumorali non funzionavano più. Le scansioni dell'emissione di positroni effettuate dopo il trattamento fototermico hanno mostrato che i tumori nei topi iniettati con tampone erano ancora metabolicamente attivi, mentre quelli nei topi iniettati con nanogabbia non lo erano. Questa specificità è ciò che rende la terapia fototermica così attraente come terapia del cancro. Successivamente è stato scoperto che i tumori nei topi trattati con nanogabbia presentavano segni istologici di danno cellulare.

Nonostante questi risultati, Il dottor Xia non è soddisfatto del targeting passivo. Sebbene i tumori abbiano assorbito abbastanza nanogabbie d'oro da conferire loro un aspetto nero, solo il 6% delle particelle iniettate si accumulava nel sito del tumore. Vorrebbe che quel numero fosse più vicino al 40 percento in modo da dover iniettare meno particelle. Ha in programma di attaccare ligandi su misura alle nanogabbie che riconoscono e si agganciano ai recettori sulla superficie delle cellule tumorali. Oltre a progettare nanogabbie che prendono di mira attivamente le cellule tumorali, il team sta considerando di caricare le particelle cave con un farmaco antitumorale, in modo che il tumore venisse attaccato su due fronti.

Questo lavoro, che è stato sostenuto dal National Cancer Institute, è dettagliato nel documento "Gold Nanocages as Photothermal Transducers for Cancer Treatment". Un abstract di questo articolo è disponibile sul sito Web della rivista.