(PhysOrg.com) -- Per decenni, i ricercatori hanno lavorato per sviluppare nanoparticelle che forniscono farmaci antitumorali direttamente ai tumori, minimizzare gli effetti collaterali tossici della chemioterapia. Però, anche con il meglio di queste nanoparticelle, solo l'1% circa del farmaco raggiunge in genere il target previsto.

Ora, un team di ricercatori del MIT, il Sanford-Burnham Medical Research Institute, e l'Università della California a San Diego hanno progettato un nuovo tipo di sistema di somministrazione in cui una prima ondata di nanoparticelle si insedia nel tumore, quindi richiama una seconda ondata molto più ampia che dispensa il farmaco antitumorale. Questa comunicazione tra nanoparticelle, consentito dalla biochimica del corpo, ha potenziato la somministrazione di farmaci ai tumori di oltre 40 volte in uno studio sui topi.

Questa nuova strategia potrebbe migliorare l'efficacia di molti farmaci per il cancro e altre malattie, dice Geoffrey von Maltzahn, un ex studente di dottorato del MIT ora al Flagship VentureLabs di Cambridge, e autore principale di un articolo che descrive il sistema nell'edizione online del 19 giugno di Nature Materials.

"Ciò che abbiamo dimostrato è che le nanoparticelle possono essere progettate per fare cose come comunicare tra loro nel corpo, e che queste capacità possono migliorare l'efficienza con cui trovano e curano malattie come il cancro, "dice von Maltzahn.

L'autore senior del documento è Sangeeta Bhatia, il professore di scienze e tecnologia della salute John e Dorothy Wilson e membro del David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT.

Von Maltzahn e Bhatia si sono ispirati a complessi sistemi biologici in cui molti componenti lavorano insieme per raggiungere un obiettivo comune. Per esempio, il sistema immunitario funziona attraverso una cooperazione altamente orchestrata tra molti diversi tipi di cellule.

"Ci sono bellissimi esempi in tutta la biologia in cui su scala di sistema, comportamenti complessi emergono come risultato dell'interazione, cooperazione, e comunicazione tra semplici singoli componenti, "dice von Maltzahn.

L'approccio del team del MIT si basa sulla cascata della coagulazione del sangue, una serie di reazioni che iniziano quando il corpo rileva una lesione a un vaso sanguigno. Le proteine ​​del sangue note come fattori di coagulazione interagiscono in una complessa catena di passaggi per formare filamenti di fibrina, che aiutano a sigillare il sito della lesione e prevenire la perdita di sangue.

Per sfruttare la potenza di comunicazione di quella cascata, i ricercatori avevano bisogno di due tipi di nanoparticelle:segnalazione e ricezione.

particelle di segnalazione, che compongono la prima ondata, uscire dal flusso sanguigno e arrivare al sito del tumore attraverso minuscoli fori nei vasi sanguigni che perdono che tipicamente circondano i tumori (questo è lo stesso modo in cui le nanoparticelle più mirate raggiungono la loro destinazione). Una volta al tumore, questa prima ondata di particelle induce il corpo a credere che si sia verificata una lesione nella sede del tumore, o emettendo calore o legandosi a una proteina che innesca la cascata della coagulazione.

Le particelle riceventi sono rivestite con proteine ​​che si legano alla fibrina, che li attrae al sito di coagulazione del sangue. Quelle particelle della seconda ondata trasportano anche un carico utile di droga, che rilasciano una volta raggiunto il tumore.

In uno studio sui topi, un sistema di sistemi di nanoparticelle comunicanti ha prodotto 40 volte più doxorubicina (un farmaco usato per trattare molti tipi di cancro) rispetto alle nanoparticelle non comunicanti. I ricercatori hanno anche osservato un effetto terapeutico corrispondentemente amplificato sui tumori dei topi trattati con nanoparticelle comunicanti.

Per aprire la strada a potenziali sperimentazioni cliniche e approvazioni normative, i ricercatori del MIT stanno ora esplorando modi per sostituire i componenti di questi nanosistemi cooperativi con farmaci già in fase di sperimentazione sui pazienti. Per esempio, i farmaci che inducono la coagulazione nei siti tumorali potrebbero sostituire le particelle di segnalazione testate in questo studio.

Jeffrey Brinker, professore di ingegneria chimica presso l'Università del New Mexico, afferma che la nuova strategia è un modo intelligente per migliorare la somministrazione dei farmaci ai siti tumorali. “Invece di prendere di mira il tumore stesso, sta prendendo di mira un microambiente che hanno creato, "dice. “Sviluppando questi nanosistemi con un approccio in due fasi, che potrebbe essere utilizzato in combinazione con molte altre strategie”.