La nanotecnologia offre nuove e potenti possibilità per terapie mirate contro il cancro, ma le sfide progettuali sono molte. Gli scienziati della Northwestern University ora sono i primi a sviluppare una nanoparticella semplice ma specializzata in grado di fornire un farmaco direttamente al nucleo di una cellula cancerosa, una caratteristica importante per un trattamento efficace.

Sono anche i primi a visualizzare direttamente su scala nanometrica come le nanoparticelle interagiscono con il nucleo di una cellula cancerosa.

"Le nostre nanostelle dorate cariche di droga sono piccoli autostoppisti, " ha detto Teri W. Odom, che ha condotto lo studio delle cellule tumorali cervicali e ovariche umane. "Sono attratti da una proteina sulla superficie della cellula cancerosa che trasporta comodamente le nanostelle al nucleo della cellula. Quindi, sulla soglia del nucleo, le nanostar rilasciano il farmaco, che continua nel nucleo a fare il suo lavoro."

Odom è il Board of Lady Managers del Columbian Exposition Professor of Chemistry presso il Weinberg College of Arts and Sciences e professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la McCormick School of Engineering and Applied Science.

Utilizzando la microscopia elettronica, Odom e il suo team hanno scoperto che le loro nanoparticelle caricate con il farmaco cambiano drasticamente la forma del nucleo delle cellule cancerose. Quello che inizia come un bel, l'ellissoide liscio diventa una forma irregolare con pieghe profonde. Hanno anche scoperto che questo cambiamento di forma dopo il rilascio del farmaco era collegato alla morte delle cellule e alla popolazione cellulare che diventava meno vitale, entrambi risultati positivi quando si ha a che fare con le cellule tumorali.

I risultati sono pubblicati sulla rivista ACS Nano .

Da questa prima ricerca, i ricercatori hanno continuato a studiare gli effetti delle nanostelle d'oro caricate con il farmaco su altre 12 linee cellulari tumorali umane. L'effetto era più o meno lo stesso. "Tutte le cellule tumorali sembrano rispondere allo stesso modo, " Ha detto Odom. "Questo suggerisce che le capacità di spola della proteina nucleolina per le nanoparticelle funzionalizzate potrebbe essere una strategia generale per la somministrazione di farmaci mirati al nucleare".

La nanoparticella è semplice e progettata in modo intelligente. È fatto d'oro e ha la forma di una stella, con cinque a 10 punti. (Una nanostella è larga circa 25 nanometri.) L'ampia superficie consente ai ricercatori di caricare un'alta concentrazione di molecole di farmaco sulla nanostella. Sarebbe necessario meno farmaco rispetto agli attuali approcci terapeutici che utilizzano molecole libere perché il farmaco è stabilizzato sulla superficie della nanoparticella.

Il farmaco utilizzato nello studio è un aptamero di DNA a filamento singolo chiamato AS1411. Circa 1, 000 di questi filamenti sono attaccati alla superficie di ogni nanostella.

L'aptamero del DNA svolge due funzioni:è attratto e si lega alla nucleolina, una proteina sovraespressa nelle cellule tumorali e che si trova sulla superficie cellulare (oltre che all'interno della cellula). E quando rilasciato dalla nanostar, l'aptamero del DNA funge anche da farmaco stesso.

Legato alla nucleolina, le nanostelle d'oro caricate con il farmaco sfruttano il ruolo della proteina come navetta all'interno della cellula e si fanno strada in autostop verso il nucleo cellulare. I ricercatori quindi dirigono impulsi di luce ultraveloci, simili a quelli utilizzati nella chirurgia LASIK, alle cellule. La luce pulsata scinde i legami di legame tra la superficie dell'oro e gli aptameri del DNA tiolato, che poi può entrare nel nucleo.

Oltre a consentire il caricamento di una grande quantità di farmaco, la forma della nanostella aiuta anche a concentrare la luce nei punti, facilitando il rilascio di farmaci in quelle aree. Il rilascio di farmaci dalle nanoparticelle è un problema difficile, Odom ha detto, ma con le nanostar d'oro il rilascio avviene facilmente.

Che la nanostella d'oro possa rilasciare il farmaco senza bisogno di passare attraverso la membrana nucleare significa che non è necessario che la nanoparticella abbia una certa dimensione, offrendo flessibilità progettuale. Anche, le nanostar sono realizzate utilizzando una sintesi biocompatibile, che è insolito per le nanoparticelle.

Odom immagina il metodo di somministrazione del farmaco, una volta ottimizzato, potrebbe essere particolarmente utile nei casi in cui i tumori sono abbastanza vicini alla superficie della pelle, come la pelle e alcuni tumori al seno. (La fonte di luce sarebbe esterna al corpo.) I chirurghi che rimuovono i tumori cancerosi potrebbero anche trovare le nanostelle d'oro utili per sradicare eventuali cellule cancerose vaganti nei tessuti circostanti.