Sebbene agenti di imaging mirati a base di nanoparticelle e terapie per la diagnosi e il trattamento del cancro si stiano facendo strada verso e attraverso il processo di sperimentazione clinica, i ricercatori non hanno ancora una buona comprensione di come le nanoparticelle raggiungano i tumori e di come si leghino ed entrino nel tumore mirato. Per superare questo deficit di conoscenza, due squadre di investigatori, entrambi parte dell'Alliance for Nanotechnology in Cancer hanno intrapreso studi volti a tracciare le nanoparticelle mentre si muovono attraverso gli animali viventi.
In uno studio, un team di ricercatori della Stanford University ha utilizzato punti quantici per studiare come le nanoparticelle viaggiano attraverso i vasi sanguigni tumorali in soggetti di prova viventi, si legano a bersagli molecolari sulla superficie di quei vasi sanguigni, e poi viaggiano fuori dal flusso sanguigno e nel tumore stesso. Sanjiv Sam Gambhir, co-direttore di uno dei nove centri di eccellenza delle nanotecnologie del National Cancer Institute (NCI), condotto questo studio. Lui e i suoi colleghi hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Piccolo . In un secondo studio, pubblicato sulla rivista ACS Nano , Investigatori dell'Alleanza Dong Shin, Mostafa El Sayed, e Shuming Nie della Emory University e del Georgia Institute of Technology hanno utilizzato nanocristalli d'oro mirati per studiare il targeting attivo e passivo dei tumori.
Nello studio di Stanford, Il Dr. Gambhir e i suoi collaboratori hanno sfruttato le capacità della microscopia intravitale, una tecnica che consente ai ricercatori di vedere in tempo reale marcatori fluorescenti attraverso la pelle di un animale vivente. In questa serie di esperimenti, il team di Stanford ha esaminato il traffico di nanoparticelle nei topi in cui una varietà di diversi tipi di tumori è stata lasciata crescere nelle orecchie degli animali. Per il pennarello fluorescente, gli investigatori hanno utilizzato un punto quantico che emette nel vicino infrarosso collegato a RGD, una molecola nota per legarsi strettamente a una proteina che si trova sulla superficie dei vasi sanguigni che circondano i tumori.
Con loro sorpresa, i ricercatori hanno scoperto che, indipendentemente dal tipo di tumore studiato, il legame delle nanoparticelle si verificava solo quando gli aggregati di particelle - non le singole particelle - erano in grado di legarsi a più, siti discreti all'interno di un tumore. I ricercatori non sono stati in grado di rilevare alcun legame significativo quando hanno ripetuto questi esperimenti utilizzando punti quantici privi della molecola di targeting RGD. I ricercatori hanno anche scoperto che i tassi di legame e i modelli di legame erano coerenti in tutti i tipi di tumore, una constatazione rassicurante data la naturale eterogeneità che caratterizza i tumori umani.
Mentre la capacità di legame sembra essere indipendente dal tipo di tumore, lo stesso non si può dire per lo stravaso, cioè., il transito di una nanoparticella fuori dal flusso sanguigno e in un tumore. I ricercatori hanno notato nel loro articolo che è probabile che la forma e le dimensioni delle nanoparticelle giocheranno un ruolo fondamentale nel determinare come una data nanoparticella si riverserà in ogni particolare tipo di tumore.
Nel frattempo, il team di Emory-Georgia Tech ha utilizzato nanocristalli d'oro a forma di bastoncino collegati a peptidi mirati al tumore per esplorare i meccanismi di rilascio che consentono alle nanoparticelle di accumularsi nei tumori. I ricercatori hanno utilizzato nanoparticelle d'oro in modo da poter quantificare il numero di nanoparticelle che raggiungono i tumori e altri tessuti. L'oro non si trova naturalmente nei mammiferi, quindi qualsiasi oro rilevato in un dato tumore o tessuto utilizzando la tecnica altamente sensibile e accurata nota come spettrometria di massa elementare dovrebbe provenire da nanoparticelle d'oro.
Per condurre i loro esperimenti, i ricercatori hanno creato tre formulazioni attaccando una delle tre molecole mirate al tumore alla superficie dei nanotubi d'oro. Hanno quindi iniettato le nanoparticelle in animali portatori di tumori umani impiantati, ha permesso alle nanoparticelle di circolare attraverso il corpo, e ha misurato la quantità di oro che si è accumulata nei tumori impiantati e in altri tessuti. I ricercatori hanno anche ripetuto questo esperimento utilizzando nanoparticelle d'oro non mirate. I risultati sono stati sorprendenti in quanto le molecole mirate hanno aumentato solo marginalmente la quantità di oro accumulata nei tumori.
I ricercatori hanno concluso che le nanoparticelle d'oro progettate per essere utilizzate nella terapia antitumorale fototermica dovrebbero essere iniettate direttamente nei tumori piuttosto che tramite somministrazione endovenosa per ottenere la massima concentrazione di oro nei tumori. Hanno anche notato nel loro articolo che questi esperimenti suggeriscono che il legame del bersaglio non è la fase limitante della velocità per la consegna delle nanoparticelle, ma piuttosto che il trasporto fuori dal flusso sanguigno e nei tumori è la principale barriera all'accumulo di nanoparticelle nei tumori.
