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 (UCSD) ha progettato un nuovo tipo di sistema di somministrazione in cui una prima ondata di nanoparticelle si concentra sul 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, dicono gli inquirenti. Questo team multi-istituzionale è stato guidato da Sangeeta Bhatia del MIT, che è anche membro del MIT-Harvard Center of Cancer Nanotechnology Excellence, parte della Alliance for Nanotechnology in Cancer del National Cancer Institute. Questa ricerca è descritta in un articolo pubblicato sulla rivista Nature Materials. Michael Sailor della UCSD e Erkki Ruoslahti del Sanford Burnham Institute, entrambi membri senior dell'Alliance for Nanotechnology in Cancer, partecipato anche a questo studio.
La dottoressa Bhatia ei suoi collaboratori hanno tratto ispirazione da complessi sistemi biologici in cui molte 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. In questo caso, l'approccio del team 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 piccoli 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 fornito 40 volte più dell'agente antitumorale doxorubicina ampiamente utilizzato 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, La dottoressa Bhatia ei suoi colleghi 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.
Questo lavoro, che è dettagliato in un documento intitolato, "Nanoparticelle che comunicano in vivo per amplificare il targeting 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.
