Troppo spesso, i ricercatori che progettano nanoparticelle in grado di fornire dosi efficaci di agenti antitumorali ai tumori devono bilanciare la necessità di scegliere una nanoparticella abbastanza piccola da sfuggire ai vasi sanguigni che perdono che circondano i tumori ma abbastanza grande da evitare una rapida eliminazione dal flusso sanguigno attraverso i reni. Il bilanciamento di questi due requisiti di solito comporta l'utilizzo di nanoparticelle che sono effettivamente abbastanza piccole da accumularsi in prossimità dei tumori, ma che sono davvero troppo grandi per penetrare abbastanza profondamente nei tumori per avere il massimo effetto terapeutico.
Ora, un ampio team di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology, Ospedale generale del Massachusetts, e la Harvard Medical School hanno sviluppato una soluzione a questo problema:multistrato, o multistadio, nanoparticelle che si dissolvono parzialmente una volta accumulate intorno ai tumori, lasciando dietro di sé un carico utile di nanoparticelle di appena un decimo delle dimensioni del veicolo di consegna originale. Le restanti nanoparticelle di 10 nanometri di diametro, carico di farmaci antitumorali, può quindi diffondersi profondamente nell'interno denso di un tumore.
Dai Fukumura, Moungi Bawendi, e Rakesh Jain, tutti i docenti senior delle rispettive istituzioni, diretto questo studio. Il team ha pubblicato i risultati in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . Il Dr. Bawendi è anche membro del MIT-Harvard Center for Cancer Nanotechnology Excellence, finanziato dal National Cancer Institute.
La chiave per le nuove nanoparticelle è un materiale gelatinoso che può fungere da substrato per gli enzimi prodotti ad alti livelli dai tumori. Le cellule cancerose usano questi enzimi per dissolvere la matrice extracellulare che circonda gli organi, consentendo a queste cellule maligne di fuggire nel flusso sanguigno e colonizzare siti distanti dal tumore primario. I ricercatori hanno sfruttato questo enzima incorporando minuscole nanoparticelle all'interno del nucleo di gelatina delle nanoparticelle più grandi che hanno progettato per essere iniettate nel flusso sanguigno.
Per questa serie di esperimenti, i ricercatori hanno caricato 100 nanometri di nanoparticelle di gelatina con punti quantici di 10 nanometri. Sebbene sia improbabile che i punti quantici vengano utilizzati per somministrare farmaci ai tumori, questi nanobeacon producono segnali ottici luminosi che possono essere facilmente monitorati quando vengono rilasciati dalle nanoparticelle più grandi. Gli esperimenti iniziali utilizzando tumori che crescono in coltura hanno mostrato che gli enzimi di degradazione della gelatina hanno fatto il loro lavoro e che i punti quantici rilasciati sono stati in grado di diffondere nei tumori più lontano e in modo più efficiente rispetto alle particelle di 100 nanometri. Successivi esperimenti su topi portatori di tumore hanno confermato questi risultati in vitro, e come risultato, i ricercatori stanno ora pianificando di ripetere questi esperimenti utilizzando particelle da 10 nanometri caricate con farmaci al posto dei punti quantici che hanno usato in questo studio.
Un altro approccio per ottenere nanoparticelle in profondità nei tumori è quello di interrompere la capacità di un tumore di formare la densa matrice extracellulare, costituito dalla proteina collagene, che mantiene le nanoparticelle nelle regioni esterne di un tumore. Il gruppo del Dr. Jain al MIT e alla Harvard Medical School hanno fatto proprio questo, utilizzando il Losartan, farmaco ampiamente utilizzato per l'ipertensione, per inibire la sintesi del collagene. I ricercatori hanno anche pubblicato i risultati di questi studi nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .
Studi clinici sull'uomo hanno dimostrato che Losartan riduce l'incidenza della fibrosi cardiaca e renale riducendo la sintesi di una particolare forma di collagene, noto come tipo I. Il Dr. Jain ei suoi colleghi hanno ragionato sul fatto che questo stesso effetto inibitorio potrebbe portare a un più facile passaggio di nanoparticelle nei recessi profondi di un tumore. Infatti, questo è esattamente l'effetto che hanno osservato a dosi del farmaco che erano abbastanza piccole da lasciare inalterata la pressione sanguigna. I test hanno mostrato che Doxil, il primo agente antitumorale nanoparticellare approvato, era più efficace nel trattamento di densi, tumori fibrotici, come i tumori del pancreas, crescere nei topi. Il Dr. Jain e i suoi colleghi notano nel loro articolo che, poiché la terapia a lungo termine con Losartan si è dimostrata sicura negli esseri umani, e poiché molti agenti antitumorali aumentano la pressione sanguigna, la somministrazione di Losartan con nanoparticelle ha la forte possibilità di avvantaggiare i malati di cancro.
Il lavoro sulle nanoparticelle multistadio, che è dettagliato in un documento intitolato, "Sistema di rilascio di nanoparticelle multistadio per una penetrazione profonda nel tessuto tumorale, " è stato in parte sostenuto dalla NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, un'iniziativa globale progettata per accelerare l'applicazione delle nanotecnologie alla prevenzione, diagnosi, e cura del cancro. Un abstract di questo articolo è disponibile sul sito web della rivista.
