Gli scienziati che cercano di migliorare i trattamenti contro il cancro hanno creato un piccolo trasportatore di farmaci che massimizza la sua capacità di silenziare i geni dannosi trovando l'equivalente di una superstrada in una cellula bersaglio.

Il trasportatore, chiamato nanocarrier, è una struttura a base lipidica contenente un pezzo di RNA. I lipidi sono molecole grasse che aiutano a mantenere la struttura delle membrane cellulari.

Il segmento di RNA racchiuso nel vettore avvia un processo per silenziare i geni, rendendo i geni incapaci di produrre proteine ​​che portano a malattie o altri problemi di salute.

Sebbene il componente principale del vettore assomigli ai trasportatori esistenti e precedentemente studiati, Gli scienziati dell'Ohio State University hanno attaccato molecole ausiliarie specifiche alla superficie del trasportatore che la loro ricerca suggerisce possono migliorare l'efficacia del trasportatore.

Trovando i percorsi che sono equivalenti alle autostrade, vs. percorsi simili a percorsi locali più lenti, entrare nelle cellule, i portatori quindi trascorrono più tempo nelle parti delle cellule dove possono dissolvere e depositare i segmenti di RNA. Questi segmenti, chiamato piccolo RNA interferente o siRNA, quindi può silenziare i geni bersaglio per un periodo di tempo prolungato.

Studi recenti suggeriscono che il nanocarrier progettato dallo Stato dell'Ohio consente una diminuzione di sei volte nella produzione di proteine ​​bersaglio rispetto agli effetti di silenziamento genico derivanti dall'uso di trasportatori precedentemente testati.

"Abbiamo progettato una diversa formulazione di nanocarrier e dimostrato che questa formulazione può influenzare il percorso di ingresso cellulare, che a sua volta influenza la durata dell'esposizione del siRNA al corpo principale della cellula, " disse Chenguang Zhou, uno studente laureato in farmaceutica presso l'Ohio State e autore principale dello studio. "Più di quell'esposizione equivale a un silenziamento genico migliore e più lungo".

La ricerca è stata selezionata per il premio Innovation in Biotechnology Award dell'American Association of Pharmaceutical Scientists (AAPS) del 2011. Zhou è stato invitato a presentare il lavoro alla recente Conferenza nazionale sulla biotecnologia dell'AAPS.

Il ruolo del siRNA nelle cellule è stato stabilito come un importante meccanismo di regolazione genica che ha il potenziale per proteggere le cellule dagli invasori, come virus, o per diminuire l'attività degli oncogeni che causano il cancro. Ma sfruttare le proprietà protettive del siRNA per scopi terapeutici è stato difficile, in parte perché il siRNA è troppo grande e complesso per viaggiare attraverso il sistema gastrointestinale o il flusso sanguigno. Ha anche una carica negativa, come la maggior parte delle membrane cellulari, il che significa che a meno che non sia generato naturalmente all'interno di una cellula, non può penetrare le cellule da solo.

Altri gruppi di ricerca hanno sviluppato nanovettori a base di lipidi. Il nanocarrier che Zhou e i suoi colleghi hanno progettato, però, utilizza un metodo diverso:ha uno speciale composto sulla superficie che lo aiuta a scivolare più facilmente nella cellula.

In tutti i casi, una forma sintetica di siRNA – una che è specificamente correlata a un gene bersaglio – è prodotta per imitare i pezzi di RNA che esistono in natura. Il siRNA viene quindi incapsulato all'interno del nanocarrier, che funziona come un dispositivo di consegna di siRNA nelle cellule bersaglio.

In esperimenti in cellule che confrontano gli effetti dei nanovettori tradizionali e del vettore di Zhou, chiamato SPANosome, i ricercatori hanno scoperto che il siRNA fornito dallo SPANosome era circa sei volte più efficace nel silenziare l'attività del gene bersaglio rispetto al siRNA trasportato dai vettori tradizionali. Il vettore dello Stato dell'Ohio ha ridotto la produzione proteica associata del 95 percento, rispetto a una riduzione del 70,6 per cento delle proteine ​​derivante dall'utilizzo del vettore tradizionale.

I ricercatori hanno quindi cercato di scoprire perché il loro vettore era così efficace.

Loro sapevano, sulla base di ricerche precedenti, che per svolgere il suo ruolo, siRNA deve fuoriuscire da un compartimento all'interno di una cellula per massimizzare la sua esposizione al corpo principale della cellula. Deve anche evitare un'altra parte specifica della cella in cui gli estranei sono degradati e cadono a pezzi. L'intero processo è chiamato farmacocinetica.

Per osservare questa attività, gli scienziati hanno utilizzato sofisticate tecniche di imaging fluorescente per rilevare l'efficacia del siRNA in diversi momenti dopo essere stato introdotto nelle cellule tramite diversi tipi di vettori. Hanno scoperto che quattro ore dopo l'introduzione nelle cellule tumorali del fegato, il siRNA trasportato dallo SPANosome ha avuto un'esposizione al corpo cellulare 3,5 volte maggiore rispetto al siRNA trasportato da vettori più tradizionali.

"Abbiamo visto un aumento correlato di 3,5 volte più attività di silenziamento genico, " Zhou ha detto. "Il motivo per cui vuoi studiare la farmacocinetica è perché vuoi trovare la relazione tra esposizione e risposta. Il motivo per cui lo SPANosoma è più efficace è perché consente una maggiore esposizione di siRNA alla parte principale della cellula".

Poiché siRNA può trovarsi naturalmente in ogni cellula, i nanocarrier utilizzati per fornire siRNA a fini terapeutici devono essere progettati in modo che penetrino solo nelle cellule bersaglio, come le cellule tumorali o le cellule del fegato, silenziare geni specifici legati alla malattia. I ricercatori hanno utilizzato tecniche di imaging aggiuntive per monitorare come il loro portatore trova le sue cellule bersaglio.

Ed è qui che è entrato in gioco il concetto di autostrada. I nanocarrier hanno essenzialmente tre possibili percorsi all'interno della cellula:due equivalenti alle autostrade e uno più simile a un più lento, percorso locale. Lo SPANosoma, per il suo design, utilizza le vie autostradali per entrare nelle cellule tumorali del fegato, riducendo le sue possibilità di essere inviato a parti della cellula dove verrà rotto in pezzi.

Zhou e colleghi stanno collaborando con ricercatori del settore medico e biotecnologico per testare ulteriormente lo SPANosome come potenziale veicolo per fornire farmaci per il trattamento del cancro, soprattutto nel cancro al fegato.