Ricercatori dell'Università della California, San Diego ha sviluppato un nuovo metodo per mascherare le nanoparticelle come globuli rossi, che consentirà loro di eludere il sistema immunitario del corpo e di somministrare farmaci antitumorali direttamente a un tumore. La loro ricerca sarà pubblicata la prossima settimana nella Early Edition online del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze.

Il metodo prevede la raccolta della membrana da un globulo rosso e l'avvolgimento come un potente mantello mimetico attorno a una nanoparticella polimerica biodegradabile riempita con un cocktail di farmaci a piccole molecole. Le nanoparticelle hanno una dimensione inferiore a 100 nanometri, all'incirca delle stesse dimensioni di un virus.

"Questo è il primo lavoro che combina la membrana cellulare naturale con una nanoparticella sintetica per applicazioni di somministrazione di farmaci". disse Liangfang Zhang, un professore di nanoingegneria presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering e Moores UCSD Cancer Center. "Questa piattaforma di nanoparticelle avrà pochi rischi di risposta immunitaria".

I ricercatori lavorano da anni allo sviluppo di sistemi di somministrazione dei farmaci che imitano il comportamento naturale del corpo per un'erogazione più efficace dei farmaci. Ciò significa creare veicoli come le nanoparticelle che possono vivere e circolare nel corpo per lunghi periodi senza essere attaccati dal sistema immunitario. I globuli rossi vivono nel corpo fino a 180 giorni e, come tale, sono "il veicolo di consegna a lunga circolazione della natura, ", ha detto lo studente di Zhang Che-Ming Hu, un dottorato di ricerca UCSD candidato in bioingegneria, e primo autore sulla carta.

Le nanoparticelle stealth sono già utilizzate con successo nel trattamento clinico del cancro per fornire farmaci chemioterapici. Sono rivestiti in un materiale sintetico come il glicole polietilenico che crea uno strato di protezione per sopprimere il sistema immunitario in modo che la nanoparticella abbia il tempo di fornire il suo carico utile. Zhang ha affermato che gli odierni veicoli furtivi per la somministrazione di farmaci a nanoparticelle possono circolare nel corpo per ore rispetto ai minuti in cui una nanoparticella potrebbe sopravvivere senza questo rivestimento speciale.

Ma nello studio di Zhang, nanoparticelle rivestite nelle membrane dei globuli rossi sono circolate nei corpi dei topi di laboratorio per quasi due giorni. Lo studio è stato finanziato attraverso una sovvenzione del National Institute of Health.

Uno spostamento verso la medicina personalizzata

L'utilizzo dei globuli rossi del corpo segna un cambiamento significativo nell'attenzione e un importante passo avanti nel campo della ricerca sulla somministrazione di farmaci personalizzata. Cercare di imitare le proprietà più importanti di un globulo rosso in un rivestimento sintetico richiede una comprensione biologica approfondita di come funzionano tutte le proteine ​​e i lipidi sulla superficie di una cellula in modo che tu sappia che stai imitando le proprietà giuste.
Anziché, La squadra di Zhang sta solo prelevando l'intera membrana superficiale da un vero globulo rosso.

"Abbiamo affrontato questo problema da un punto di vista ingegneristico e abbiamo aggirato tutta questa biologia fondamentale, " ha detto Zhang. "Se il globulo rosso ha una tale caratteristica e sappiamo che ha qualcosa a che fare con la membrana - anche se non capiamo esattamente cosa sta succedendo a livello proteico - prendiamo semplicemente il intera membrana. Hai messo il mantello sulla nanoparticella, e la nanoparticella sembra un globulo rosso."

L'uso di nanoparticelle per somministrare farmaci riduce anche le ore necessarie per far gocciolare lentamente le soluzioni di farmaci chemioterapici attraverso una linea endovenosa a pochi minuti per una singola iniezione di farmaci a nanoparticelle. Ciò migliora significativamente l'esperienza del paziente e il rispetto del piano terapeutico. La svolta potrebbe portare a una somministrazione di farmaci più personalizzata in cui un piccolo campione del sangue di un paziente potrebbe produrre una quantità sufficiente della membrana essenziale per mascherare la nanoparticella, riducendo il rischio di risposta immunitaria a quasi nulla.

Zhang ha affermato che uno dei prossimi passi è quello di sviluppare un approccio per la produzione su larga scala di queste nanoparticelle biomimetiche per uso clinico, che sarà fatto attraverso il finanziamento della National Science Foundation. I ricercatori aggiungeranno anche una molecola mirata alla membrana che consentirà alla particella di cercare e legarsi alle cellule tumorali, e integrare la tecnologia del team per caricare i farmaci nel nucleo delle nanoparticelle in modo che più farmaci possano essere somministrati contemporaneamente.

Zhang ha affermato che essere in grado di somministrare più farmaci in una singola nanoparticella è importante perché le cellule tumorali possono sviluppare una resistenza ai farmaci somministrati individualmente. Combinandoli, e dando alla nanoparticella la capacità di colpire le cellule tumorali, l'intero cocktail può essere lanciato come una bomba dall'interno della cellula cancerosa.