Lo schema mostra come i fluidi contenenti cellule tumorali ovariche potrebbero essere rimossi dal corpo, trattati con nanoparticelle magnetiche per rimuovere le cellule, poi tornato al corpo. (Per gentile concessione di Ken Scarberry)
(PhysOrg.com) -- Un articolo pubblicato nel numero di gennaio della rivista Nanomedicina potrebbe fornire le basi per una nuova opzione di trattamento del cancro ovarico, che utilizzerebbe un dispositivo di filtraggio esterno al corpo per rimuovere una grande porzione delle cellule tumorali fluttuanti che spesso creano tumori secondari.
I ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno formato una startup e stanno lavorando con un'azienda di dispositivi medici per progettare un prototipo di sistema di trattamento che utilizzerebbe nanoparticelle magnetiche progettate per catturare le cellule tumorali. Aggiunto ai fluidi rimossi dall'addome del paziente, le nanoparticelle magnetiche si attaccherebbero alle cellule cancerose fluttuanti, consentendo sia le nanoparticelle che le cellule tumorali di essere rimosse da filtri magnetici prima che i fluidi vengano restituiti al corpo del paziente.
Nei topi con cellule tumorali ovariche fluttuanti, un singolo trattamento con un primo prototipo del sistema di filtrazione magnetica delle nanoparticelle ha catturato abbastanza cellule tumorali che i topi trattati hanno vissuto quasi un terzo in più rispetto a quelli non trattati. I ricercatori si aspettano che più trattamenti estendano il beneficio della longevità, anche se saranno necessarie ulteriori ricerche per documentarlo e determinare le migliori opzioni di trattamento.
"Quasi nessuno muore di cancro ovarico primario, "ha detto John McDonald, professore alla School of Biology della Georgia Tech e capo ricercatore dell'Ovarian Cancer Institute di Atlanta. "Puoi rimuovere il cancro primario, ma il problema sono le metastasi. Una buona parte delle metastasi nel cancro ovarico proviene dalle cellule tumorali che si spostano nella cavità addominale e in questo modo diffondono la malattia".
Il sistema di rimozione sviluppato da McDonald e dal collega postdottorato Ken Scarberry, che è anche amministratore delegato della società di avvio Sub-Micro, dovrebbe rallentare la progressione del tumore negli esseri umani. Può ridurre il numero di cellule tumorali fluttuanti abbastanza che altri trattamenti, e il sistema immunitario del corpo, potrebbe tenere sotto controllo la malattia.
"Se puoi ridurre le metastasi, puoi migliorare la durata della vita della persona con la malattia e avere maggiori possibilità di trattarla efficacemente, " ha detto McDonald. "Uno degli obiettivi è quello di rendere il cancro una malattia cronica che può essere trattata efficacemente per un lungo periodo di tempo. Se non possiamo curarlo, forse possiamo aiutare le persone a conviverci".
Precedenti studi in vitro pubblicati dagli autori del documento Nanomedicine hanno mostrato che le nanoparticelle magnetiche potrebbero rimuovere selettivamente le cellule del cancro ovarico umano dal fluido di ascite, che si accumula nelle cavità peritoneali dei pazienti affetti da cancro ovarico. Le nanoparticelle sono progettate con ligandi che consentono loro di legarsi selettivamente alle cellule tumorali.
I ricercatori ritengono che il trattamento del fluido rimosso dal corpo eviti potenziali problemi di tossicità che potrebbero derivare dall'introduzione delle nanoparticelle nel corpo, sebbene siano necessari ulteriori studi per confermare che il trattamento non avrebbe effetti negativi.
Lo studio recentemente riportato in Nanomedicine ha utilizzato tre gruppi di topi femmine per studiare i vantaggi del sistema di filtrazione magnetica delle nanoparticelle. Ogni topo è stato iniettato con circa 500, 000 cellule tumorali ovariche murine, che si moltiplicano rapidamente -- ogni cellula raddoppia entro circa 15 ore.
Le nanoparticelle magnetiche sospese in un liquido sono attratte da un magnete. Le nanoparticelle potrebbero essere attaccate alle cellule cancerose e quindi rimosse dal corpo con filtrazione magnetica. Credito:Credito:Gary Meek
Nel gruppo sperimentale, i ricercatori, tra cui il ricercatore Roman Mezencev, hanno rimosso il fluido dall'addome dei topi subito dopo l'iniezione delle cellule tumorali. Hanno quindi aggiunto le nanoparticelle magnetiche al fluido, ha permesso loro di mescolarsi, quindi rimosso magneticamente le nanoparticelle insieme alle cellule tumorali attaccate prima di restituire il fluido. I passaggi sono stati ripetuti sei volte per ogni topo.
Un gruppo di controllo non ha ricevuto alcun trattamento, mentre un secondo gruppo di controllo ha subito lo stesso trattamento del gruppo sperimentale, ma senza le nanoparticelle magnetiche. I topi nei due gruppi di controllo sono sopravvissuti a una mediana di 37 giorni, mentre i topi trattati hanno vissuto 12 giorni in più, un aumento del 32% della longevità.
Sebbene siano necessarie molte più ricerche prima che la tecnica possa essere testata sugli esseri umani, McDonald e Scarberry immaginano un sistema molto simile a quello che usano ora i pazienti in dialisi renale, ma con una soluzione tampone fatta circolare attraverso la cavità peritoneale per raccogliere le cellule cancerose.
"Quello che stiamo sviluppando è simile all'emofiltrazione o alla dialisi peritoneale in cui il paziente potrebbe entrare in una clinica ed essere collegato al dispositivo un paio di volte a settimana, " disse Scarberry. "Il trattamento non è molto invasivo, quindi potrebbe essere ripetuto spesso."
Il nuovo trattamento potrebbe essere utilizzato in combinazione con la chemioterapia e le radiazioni esistenti. Ridurre il numero di cellule tumorali fluttuanti potrebbe consentire una riduzione della chemioterapia, che spesso ha effetti collaterali debilitanti, ha detto Scarberry. Il nuovo sistema di trattamento potrebbe essere utilizzato per catturare le cellule tumorali versate subito dopo l'intervento chirurgico su un tumore primario.
I ricercatori sperano di avere un prototipo di dispositivo di circolazione e filtrazione pronto per i test entro tre anni. Dopo di che verranno gli studi sul miglior regime di trattamento, esaminando questioni come il numero di nanoparticelle magnetiche da utilizzare, il numero di trattamenti e la distanza tra i trattamenti. Se hanno successo, l'azienda lavorerà con la FDA per progettare studi clinici sull'uomo.
I ricercatori stanno anche studiando come le loro nanoparticelle magnetiche potrebbero essere ingegnerizzate per catturare le cellule staminali del cancro ovarico, che non sono influenzati dalla chemioterapia esistente. La rimozione di queste cellule potrebbe aiutare a eliminare una potente fonte di nuove cellule cancerose.
La ricerca è stata supportata dalla Georgia Research Alliance (GRA), l'Istituto per il cancro ovarico, la Robinson Family Foundation e la Deborah Nash Harris Endowment. Membro del programma di accelerazione delle startup ATDC di Georgia Tech e di una società GRA VentureLab, Sub-Micro ha anche raccolto fondi privati per sostenere lo sviluppo del suo prototipo.
Le sfide future includono garantire che le nanoparticelle non possano aggirare il sistema di filtrazione per entrare nel corpo, e controllare il rischio di infezione causato dall'apertura della cavità peritoneale.
Oltre il cancro, i ricercatori ritengono che il loro approccio potrebbe essere utile per il trattamento di altre malattie in cui potrebbe essere utile una riduzione delle cellule tumorali circolanti o delle particelle virali. L'uso di nanoparticelle magnetiche progettate per catturare l'HIV potrebbe aiutare a ridurre il contenuto virale nel flusso sanguigno, ad esempio.
"Una tecnologia come questa ha molte possibilità diverse, " ha detto Scarberry. "Stiamo attualmente sviluppando la tecnologia per controllare la diffusione metastatica del cancro ovarico, ma una volta che abbiamo un dispositivo in grado di isolare in modo efficiente ed efficace le cellule cancerose dai fluidi circolanti, compreso il sangue, avremmo altre opportunità".
