(PhysOrg.com) -- Un'invenzione dei ricercatori dell'Università dell'Arizona potrebbe fornire un modo per somministrare farmaci chemioterapici ai tessuti cancerosi in dosi controllate senza danneggiare le cellule sane del corpo.

I ricercatori dell'Università dell'Arizona potrebbero aver trovato un modo per somministrare farmaci chemioterapici ai tessuti cancerosi in dosi controllate senza danneggiare le cellule sane del corpo.

In caso di successo, l'invenzione dei liposomi rivestiti d'oro potrebbe rendere la chemioterapia più efficace per distruggere le cellule tumorali e alleviare gli effetti collaterali dannosi che possono derivare dal trattamento.

L'invenzione di Marek Romanowski, un professore associato nel dipartimento di ingegneria biomedica presso il College of Engineering presso l'UA, e il suo team di laboratorio non ha un lato positivo. Meglio:ha un rivestimento d'oro. Il segreto per controllare in modo non invasivo il rilascio di farmaci chemioterapici risiede in capsule su nanoscala fatte di lipidi e rivestite con un sottile strato d'oro.

I farmaci chemioterapici sono talvolta racchiusi in piccole capsule chiamate liposomi, che sono costituiti da lipidi organici già presenti nelle cellule umane. L'involucro lipidico impedisce al sistema immunitario dell'organismo di attaccare la molecola estranea prima che possa rilasciare il farmaco.

Una volta rilasciato nel flusso sanguigno, liposomi che trasportano farmaci si accumulano attorno a un tumore canceroso a causa di una proprietà nota come sistema vascolare che perde:le cellule tumorali hanno aperture extra ai vasi sanguigni per assorbire i nutrienti trasportati nel flusso sanguigno, di solito perché stanno cercando di crescere più rapidamente delle cellule normali. Il flusso sanguigno in più significa che più nutrienti, e anche più liposomi, è probabile che si accumulino nelle cellule tumorali dove alla fine si rompono e rilasciano il farmaco nelle cellule, portando alla morte cellulare.

I farmaci altamente tossici utilizzati per la chemioterapia distruggono le cellule tumorali, ma senza modo di discriminare tra i tipi di cellule, possono anche danneggiare le cellule sane. Questo danno al corpo è normale, cellule sane porta agli effetti collaterali normalmente associati ai trattamenti chemioterapici:anemia, la perdita di capelli, vomito – poiché le cellule che compongono il rivestimento dello stomaco vengono distrutte – e nausea, tra gli altri.

Chiavi in ​​una serratura

Per indirizzare meglio le cellule tumorali, il team UA ha attaccato i liposomi a molecole segnale chiamate ligandi, che interagiscono con specifici recettori cellulari come le chiavi di una serratura.

"Tutto dipende dalla malattia che stiamo prendendo di mira, ma nel caso delle cellule tumorali, essi sovraesprimono determinati recettori per diversi motivi. Uno è che le cellule tumorali stanno proliferando molto rapidamente, e quindi stanno sovraesprimendo molti recettori dei nutrienti perché vogliono dividersi più velocemente, " disse Xenia Kachur, uno studente del terzo anno del corso interdisciplinare di laurea in ingegneria biomedica, o GIDP. I recettori extra rendono i liposomi più propensi ad attaccarsi e ad entrare nelle cellule tumorali rispetto alle cellule normali.

Mentre si degradano, i liposomi rilasciano farmaci poco a poco in modo incontrollato, che potrebbero non distruggere efficacemente le cellule tumorali. Ha detto Sarah Leung, uno studente del quarto anno di ingegneria biomedica GIDP che è anche nel laboratorio Romanowski:"C'è una concentrazione particolare alla quale si hanno risultati ottimali, così sotto che non hai abbastanza farmaco per ottenere una buona risposta, e soprattutto potrebbe essere ancora più tossico".

La nuova invenzione potrebbe consentire ai medici di controllare la quantità di farmaco rilasciata alla volta, e rilasciare il farmaco solo nella regione del tumore, proteggendo così le cellule sane dai danni causati dal farmaco. È qui che entra in gioco il rivestimento d'oro.

Farmaci ricoperti d'oro

"Una proprietà dell'oro è che può convertire la luce del vicino infrarosso in calore, " ha detto Kachur. "Mettendo oro sulla superficie di questi liposomi, possiamo quindi inserire uno stimolo come la luce del vicino infrarosso. L'oro converte la luce in calore, il calore fa perdere al liposoma, e poi tutto ciò che è veramente concentrato all'interno può diffondersi attraverso il liposoma che perde."

"La luce infrarossa penetra più profondamente nel corpo perché interagisce meno con la maggior parte dei tessuti, e impedisce anche molto del riscaldamento che il tuo corpo potrebbe [altrimenti] sperimentare, " disse Kachur.

La teoria dice che la quantità di luce infrarossa può essere variata per controllare la quantità di farmaco che viene rilasciato dai liposomi rivestiti d'oro.

"Utilizzando più o meno luce, puoi rilasciare più o meno farmaco e cronometrare anche le risposte, quindi quando accendi la luce, un po' di droga colerà, puoi attivarlo di nuovo e avere più perdite di droga, oppure puoi aspettare un po', lascia che la droga si disperda, fare la sua cosa, quindi attivarlo di nuovo. Consente molta più libertà con il processo di rilascio, " ha detto Leung. "Avere questa risposta molto innescata si può colpire quella finestra terapeutica."

Nonostante l'aumento del flusso sanguigno alle cellule tumorali e l'azione key-in-lock dei ligandi, alcuni liposomi possono ancora finire all'interno di cellule sane. In quel caso, il rivestimento in oro potrebbe potenzialmente agire per prevenire il rilascio del farmaco tossico alle cellule sane.

Illuminando selettivamente la luce infrarossa solo nella regione del tumore, i medici potrebbero assicurarsi che solo i liposomi nella regione del tumore siano in grado di rilasciare il farmaco.

"Una volta che sai dove sono i tumori, puoi andare avanti e puntare la tua fonte di luce verso quelle aree. Tutto ciò che rimane lascerà il corpo o potrà essere rilasciato lentamente, ma non a livelli così alti o tossici come sarebbe se si iniettasse semplicemente il farmaco per via sistemica, " disse Leung.

L'invenzione ha un altro vantaggio:"Il liposoma rivestito d'oro è biodegradabile, che è una delle parti migliori del nostro sistema, " ha detto Leung. Attualmente non ci sono trattamenti chemioterapici approvati che permettano di eliminare le nanostrutture d'oro dal corpo attraverso i meccanismi del corpo stesso, disse Leung.

Reni, gli organi che normalmente filtrano le molecole di scarto dal sangue, hanno un limite alla dimensione della molecola che possono filtrare. "A causa delle dimensioni in cui degrada, il nostro sistema dovrebbe essere cancellabile per via renale, che è davvero unico, " disse Leung.

Ci sono ancora molti passi da compiere per testare l'invenzione prima che possa essere utilizzata nella terapia del cancro. Ma in caso di successo, i liposomi rivestiti d'oro potrebbero fornire un metodo per indirizzare i farmaci chemioterapici alle cellule tumorali, innescare in modo non invasivo il rilascio dei farmaci utilizzando la luce infrarossa e fornire al corpo un modo naturale per filtrare il farmaco dal flusso sanguigno.

Un giorno, i malati di cancro potrebbero potenzialmente ricevere trattamenti chemioterapici con la certezza che i farmaci distruggeranno efficacemente le cellule tumorali, e senza timore di subire effetti collaterali dannosi.