Minuscolo, le nanoparticelle ricoperte di melanina possono proteggere il midollo osseo dagli effetti nocivi della radioterapia, secondo gli scienziati dell'Albert Einstein College of Medicine della Yeshiva University che hanno testato con successo la strategia su modelli murini. L'infusione di queste particelle nei pazienti umani potrebbe essere promettente in futuro. La ricerca è descritta nell'attuale numero del Rivista internazionale di oncologia delle radiazioni, Biologia e Fisica .

La radioterapia viene utilizzata per uccidere le cellule tumorali e ridurre i tumori. Ma poiché le radiazioni danneggiano anche le cellule normali, i medici devono limitare la dose. melanina, il pigmento naturale che dona alla pelle e ai capelli il suo colore, aiuta a proteggere la pelle dagli effetti dannosi della luce solare e ha dimostrato di proteggere dalle radiazioni.

"Una tecnica per proteggere le cellule normali dai danni da radiazioni consentirebbe ai medici di somministrare dosi più elevate di radiazioni ai tumori, rendere il trattamento più efficace, " ha detto Ekaterina Dadachova, dottorato di ricerca, professore associato di medicina nucleare e di microbiologia e immunologia e Sylvia and Robert S. Olnick Faculty Scholar in Cancer Research presso Einstein, nonché autore senior dello studio.

In ricerche precedentemente pubblicate, La dottoressa Dadachova e colleghi hanno dimostrato che la melanina protegge dalle radiazioni aiutando a prevenire la formazione di radicali liberi, che causano danni al DNA, e eliminando i radicali liberi che si formano.

"Volevamo escogitare un modo per fornire melanina protettiva al midollo osseo, " ha detto il dottor Dadachova. "È lì che si forma il sangue, e le cellule staminali del midollo osseo che producono le cellule del sangue sono estremamente suscettibili agli effetti dannosi delle radiazioni".

La dottoressa Dadachova e i suoi colleghi si sono concentrati sul confezionamento della melanina in particelle così piccole da non rimanere intrappolate dai polmoni, fegato o milza. Hanno creato "nanoparticelle di melanina" rivestendo minuscole (20 nanometri di diametro) particelle di silice (sabbia) con diversi strati di pigmento di melanina che hanno sintetizzato nel loro laboratorio.

I ricercatori hanno scoperto che queste particelle si sono depositate con successo nel midollo osseo dopo essere state iniettate nei topi. Quindi, in una serie di esperimenti, hanno studiato se le loro nanoparticelle avrebbero protetto il midollo osseo di topi trattati con due tipi di radiazioni.

Nel primo esperimento, un gruppo di topi è stato iniettato con nanoparticelle e un secondo gruppo no. Tre ore dopo, entrambi i gruppi sono stati esposti a radiazioni su tutto il corpo. Per i prossimi 30 giorni, i ricercatori hanno monitorato il sangue dei topi, alla ricerca di segni di danno al midollo osseo come diminuzione del numero di globuli bianchi e piastrine.

Rispetto al gruppo di controllo, quelli che ricevevano nanoparticelle di melanina prima dell'esposizione alle radiazioni se la cavavano molto meglio; i loro livelli di globuli bianchi e piastrine sono diminuiti molto meno precipitosamente. Dieci giorni dopo l'irradiazione, Per esempio, i livelli di piastrine erano diminuiti solo del 10% nei topi che avevano ricevuto nanoparticelle rispetto a un calo del 60% nei topi non trattati. Per di più, i livelli di globuli bianchi e piastrine sono tornati alla normalità molto più rapidamente rispetto ai topi di controllo.

Un secondo esperimento ha valutato non solo la protezione del midollo osseo, ma anche se le nanoparticelle potrebbero avere l'effetto indesiderato di infiltrarsi e proteggere i tumori colpiti dalle radiazioni. A due gruppi di topi sono state iniettate cellule di melanoma che hanno formato tumori del melanoma. Dopo che un gruppo di topi è stato iniettato con nanoparticelle di melanina, entrambi i gruppi hanno ricevuto un trattamento radioterapico sperimentale progettato dalla dott.ssa Dadachova e dai suoi colleghi specificamente per il trattamento del melanoma.

Questo trattamento utilizza un isotopo che emette radiazioni "piggybacked" su un anticorpo che si lega alla melanina. Quando iniettato nel flusso sanguigno, gli anticorpi si attaccano alle particelle di melanina libere rilasciate dalle cellule all'interno dei tumori del melanoma. I loro isotopi emettono quindi radiazioni che uccidono le cellule tumorali del melanoma vicine.

Dopo il secondo esperimento, i tumori del melanoma si sono ridotti in modo significativo e nella stessa misura in entrambi i gruppi di topi, indicando che le nanoparticelle melanizzate non hanno interferito con l'efficacia della radioterapia. E ancora una volta, le nanoparticelle melanizzate hanno prevenuto il danno al midollo osseo indotto dalle radiazioni:tra il terzo e il settimo giorno dopo la somministrazione della radioterapia anticorpo-isotopo, i topi iniettati con nanoparticelle hanno sperimentato un calo dei globuli bianchi che era significativamente inferiore a quello verificatosi nei topi non pretrattati con nanoparticelle.

"La capacità di proteggere il midollo osseo consentirà ai medici di utilizzare terapie con radiazioni antitumorali più estese e, si spera, ciò si tradurrà in maggiori tassi di risposta del tumore, " disse Arturo Casadevall, M.D., dottorato di ricerca, professore di medicina e di microbiologia e immunologia, la cattedra Leo e Julia Forchheimer in microbiologia e immunologia, e co-autore dello studio.

Alcune nanoparticelle potrebbero ancora essere trovate nel midollo osseo 24 ore dopo la loro iniezione, che non dovrebbe creare problemi. "Poiché le nanoparticelle vengono rapidamente rimosse dalle cellule fagocitiche, è improbabile che danneggino il midollo osseo, " ha detto il dottor Dadachova. "Non abbiamo rilevato alcun effetto collaterale associato alla somministrazione delle particelle".

"Questi risultati sono incoraggianti per altre potenziali applicazioni della melanina, compresa la radioprotezione di altri tessuti sensibili alle radiazioni, come il tratto gastrointestinale, " ha osservato Andrew Schweitzer, M.D., ex membro dell'Howard Hughes Medical Institute presso Einstein e autore principale dello studio.

Gli studi clinici per verificare se le nanoparticelle melanizzate potrebbero proteggere i malati di cancro sottoposti a radioterapia potrebbero iniziare tra due o tre anni, La dottoressa Dadachova ha predetto. Ha anche notato che le nanoparticelle melanizzate potrebbero anche avere altre applicazioni, come la protezione dei lavoratori incaricati di ripulire gli incidenti nucleari, proteggere gli astronauti dall'esposizione alle radiazioni nello spazio, o addirittura proteggere le persone a seguito di un attacco nucleare.